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JP2015527597A - Control of multiple light sources of directional backlight - Google Patents

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Abstract

光源のアレイと、光源のアレイにわたって、横方向の光源のそれぞれに関連づけられた幅だけ逆にスケーリングされた光束の可変分布を提供するように構成された制御システムと、を含む、結像指向性バックライトが開示されている。複数の出力光学窓の配光を制御して、自動立体ディスプレイの窓面における所望の輝度分布を提供することができ、指向性ディスプレイは、広角2Dモード、プライバシーモード、及び低消費電力モードで動作することができる。画質を向上させ、消費電力を減少させることができる。An imaging directivity comprising: an array of light sources; and a control system configured to provide a variable distribution of light flux across the array of light sources that is inversely scaled by a width associated with each of the lateral light sources. A backlight is disclosed. The light distribution of multiple output optical windows can be controlled to provide the desired luminance distribution on the window surface of the autostereoscopic display, and the directional display operates in wide-angle 2D mode, privacy mode, and low power consumption mode can do. Image quality can be improved and power consumption can be reduced.

Description

本開示は、概して、空間光変調器の照明に関し、特に、2D、3D及び/又は自動立体ディスプレイデバイスで用いるために局所的な複数の光源から広範囲の照明を提供するための指向性バックライトに関する。   The present disclosure relates generally to illumination of spatial light modulators, and more particularly to directional backlights for providing a wide range of illumination from multiple local light sources for use in 2D, 3D and / or autostereoscopic display devices. .

空間的に多重化された自動立体ディスプレイデバイスは、通常、レンズ状のスクリーン、又は視差バリヤーといった視差コンポーネントを、例えばLCDといった、空間光変調器上のピクセルの少なくとも第1のセット及び第2のセットとして配列した画像のアレイと位置合わせする。視差コンポーネントは、ピクセルのそれぞれのセットからの光を異なるそれぞれの方向に配向し、ディスプレイの前に第1の視野窓及び第2の視野窓を提供する。観察者は、第1の視野窓に置いた目から、ピクセルの第1のセットからの光で第1の画像を見ることができ、第2の視野窓に置いた目から、ピクセルの第2のセットからの光で第2の画像を見ることができる。   A spatially multiplexed autostereoscopic display device typically includes a lenticular screen, or a parallax component such as a parallax barrier, at least a first set and a second set of pixels on a spatial light modulator, such as an LCD. Align with the array of images arranged as. The parallax component directs the light from each set of pixels in different respective directions and provides a first field window and a second field window in front of the display. The observer can see the first image with light from the first set of pixels from the eye placed in the first viewing window and from the eyes placed in the second viewing window, the second of the pixels. A second image can be seen with light from the set.

このようなディスプレイデバイスは、空間光変調器の元来の解像度と比較して小さい空間解像度を有し、更に視野窓の構造は、ピクセルの開口部形状及び視差コンポーネント結像機能によって決定する。例えば電極のピクセル間の隙間は、通常、不均一な視野窓を生成する。このようなディスプレイは、観察者のディスプレイに対する横方向の動きに従って画像の不必要なちらつきを示し、ディスプレイの視覚的自由度を制限する。このようなちらつきは、光学素子の焦点をぼかすことで減少させることができるが、このように焦点をぼかすことで、画像のクロストークのレベルが上がり、観察者にとって視覚疲労が増す。このようなちらつきは、ピクセルの開口部の形状を調整することで低減させることができるが、このような変更は、ディスプレイの明るさを下げ、アドレス指定電子機器を空間光変調器内に含む場合がある。   Such a display device has a small spatial resolution compared to the original resolution of the spatial light modulator, and the structure of the viewing window is determined by the aperture shape of the pixel and the parallax component imaging function. For example, gaps between electrodes of electrodes typically produce non-uniform field windows. Such a display shows unnecessary flickering of the image according to the lateral movement of the viewer relative to the display, limiting the visual freedom of the display. Such flicker can be reduced by defocusing the optical element, but such defocusing increases the level of image crosstalk and increases visual fatigue for the observer. Such flicker can be reduced by adjusting the shape of the pixel aperture, but such changes reduce the brightness of the display and include addressing electronics within the spatial light modulator. There is.

本開示の第1の態様によれば、指向性バックライトの光源のアレイを制御する方法が提供される。指向性バックライトは、入力端を有する導波路を含んでもよく、光源のアレイは、導波路の入力端にわたる横方向に、異なる入力位置に配置されてもよい。導波路は、導波路に沿って光を導くための、相対する第1のガイド表面及び第2のガイド表面を有してもよい。導波路は、主として入力位置によって決まる第1のガイド表面に対する法線に対して横方向に分布した出力方向に、複数の光源からの入力光を出力光として、第1のガイド表面を通って複数の光学窓内に配向するように構成することができる。方法は、複数の光源を選択的に操作して、光を出力方向に対応する変動する複数の光学窓内に配向することを含み、複数の光源は、横方向の複数の光源のそれぞれに関連づけられた幅だけ逆にスケーリングされ、光源のアレイにわたって変動する、光束を有する光を出力するよう制御することができる。   According to a first aspect of the present disclosure, a method for controlling an array of directional backlight light sources is provided. The directional backlight may include a waveguide having an input end, and the array of light sources may be disposed at different input positions in a lateral direction across the input end of the waveguide. The waveguide may have opposing first and second guide surfaces for directing light along the waveguide. A plurality of waveguides pass through the first guide surface using input light from a plurality of light sources as output light in an output direction distributed in a direction transverse to a normal to the first guide surface determined mainly by the input position. Can be configured to be oriented within the optical window. The method includes selectively manipulating a plurality of light sources to direct light into a plurality of varying optical windows corresponding to an output direction, the plurality of light sources being associated with each of the plurality of lateral light sources. It can be controlled to output light having a luminous flux that is inversely scaled by a given width and varies across the array of light sources.

いくつかの実施形態において、視野角によるディスプレイ輝度の変動を修正して、光源のアレイにわたって、均一な光束を有する光源のアレイに照射されると、非ランバート性光出力特性を示す、導波路からのランバート特性を有するバックライトを実現することができる。好都合に、バックライトは、紙と同様の外観を有しているように見え、観察者のそれぞれの目で、同じ認識された画像の明るさを有する照明構造を認識し得るため、快適に見ることができる。   In some embodiments, from a waveguide that corrects display brightness variation with viewing angle and exhibits a non-Lambertian light output characteristic when illuminated to an array of light sources having a uniform luminous flux across the array of light sources A backlight having the Lambertian characteristic can be realized. Conveniently, the backlight appears to have a similar appearance as paper and can be seen comfortably because each observer's eyes can recognize the lighting structure with the same perceived image brightness. be able to.

他の実施形態において、バックライトの輝度が、ランバート特性よりも速い速度でオフアクシスの視聴位置に対して低下するように構成することができる。比較として、このようなバックライトは、ランバート性出力バックライトと比較して、実質的に低い消費電力を実現することができる。   In other embodiments, the backlight brightness can be reduced relative to the off-axis viewing position at a faster rate than the Lambertian characteristic. As a comparison, such a backlight can achieve substantially lower power consumption compared to a Lambertian output backlight.

観察者がトラックされる実施形態において、バックライトは、所与の視聴位置に対するランバート性の照明外観を実現することができる一方、視聴位置による強度の変化は、非ランバート性の形で変動し得る。好都合に、画像をとても快適に見ることができる一方、ランバート性ディスプレイと比較して、バックライトの消費電力を低減することができる。   In embodiments where the viewer is tracked, the backlight can achieve a Lambertian lighting appearance for a given viewing position, while the intensity change with viewing position can vary in a non-Lambertian manner. . Advantageously, the image can be viewed very comfortably, while the power consumption of the backlight can be reduced compared to a Lambertian display.

更なる実施形態において、バックライトの輝度は、視野窓にわたって変動するように構成することができ、動く観察者について画像ちらつきの許容レベルを実現しつつ、自動立体画像のクロストークを低減できる。   In further embodiments, the brightness of the backlight can be configured to vary across the viewing window, reducing crosstalk of autostereoscopic images while achieving an acceptable level of image flicker for a moving observer.

本開示の別の態様によれば、制御システムが、同様の方法を実施するように構成される、指向性ディスプレイ装置が提供されている。   According to another aspect of the present disclosure, a directional display device is provided in which a control system is configured to perform a similar method.

本開示の別の態様によれば、指向性バックライトの光源のアレイを制御する方法が提供されている。指向性バックライトは、入力端を有する導波路と、導波路の入力端にわたる横方向に、異なる入力位置に配置された光源のアレイと、を含むことができる。導波路は、導波路に沿って光を導くための、相対する第1のガイド表面及び第2のガイド表面と、複数の光源からの入力光を反射して導波路を通って戻すための、入力端に対向する反射端と、を更に含むことができる。導波路が、入力位置によって主として決まり得る第1のガイド表面に対する法線に対して横方向に分布した出力方向に、反射端からの反射後に、複数の光源からの入力光を出力光として、第1のガイド表面を通って複数の光学窓内に配向するように構成することができる。方法は、複数の光源を選択的に操作して、出力方向に対応する変動する光学窓内に光を配向する駆動信号を、複数の光源に供給することと、反射端からの反射後に、複数の光源から入力端に入射した光を感知することと、を含むことができる。駆動信号は、入力端に入射した感知された光に応じて較正することができる。   According to another aspect of the present disclosure, a method for controlling an array of light sources of a directional backlight is provided. A directional backlight can include a waveguide having an input end and an array of light sources disposed at different input locations in a lateral direction across the input end of the waveguide. The waveguide is configured to reflect the input light from the plurality of light sources and to return the light through the waveguide, by opposing first and second guide surfaces for guiding light along the waveguide. And a reflection end opposite to the input end. After the reflection from the reflection end in the output direction distributed in the horizontal direction with respect to the normal to the first guide surface, which can be determined mainly by the input position, the input light from the plurality of light sources is used as the output light. It can be configured to be oriented in a plurality of optical windows through one guide surface. The method selectively manipulates a plurality of light sources to supply a plurality of light sources with a drive signal that directs light into a fluctuating optical window corresponding to the output direction, and after reflection from the reflective end, a plurality of Sensing light incident on the input end from the light source. The drive signal can be calibrated according to the sensed light incident on the input.

光源アレイのスケーリングされた光束は、アレイの光源のそれぞれの間の輝度及び色度の不均一性により、空間的に変動してもよい。本実施形態は、光源のそれぞれの光束の間の変動の較正を好都合に実現することができ、これにより、観察者にとって均一な形で変動し得る、光源のスケーリングされた光束の制御を実現する、光出力を提供することができる。更に、スケーリングされた光束は、例えば、光源の経時効果により、時間とともに変動してもよい。本実施形態は、光源の経時効果のフィールド内補正を実現することができ、好都合にデバイス寿命の延長と出力の均一性をもたらす。較正工程の間、少数の検出器を使用して、アレイ全体を監視し、コストを削減することができる。   The scaled luminous flux of the light source array may vary spatially due to brightness and chromaticity non-uniformities between each of the light sources of the array. This embodiment can advantageously realize calibration of variations between the respective light fluxes of the light source, thereby realizing control of the scaled light flux of the light source, which can vary in a uniform manner for the observer. An optical output can be provided. Further, the scaled luminous flux may vary with time due to, for example, the aging effect of the light source. This embodiment can achieve in-field correction of the aging effect of the light source, advantageously leading to extended device life and output uniformity. A small number of detectors can be used during the calibration process to monitor the entire array and reduce costs.

入力端に入射した光の感知において、横方向の光源のアレイの外側の入力端の領域に配列された複数のセンサー素子を使用することができる。別の例で、入力端に入射した光の感知において、光源のアレイの両側における横方向の光源のアレイの外側の入力端の領域に配列された複数のセンサー素子を使用することができる。更に他の例で、入力端に入射した光の感知において、同時的に操作されていないアレイの光源を使用してもよい。駆動信号のレベルを較正することができ、これにより、複数の光源は、光源のアレイにわたって、あらかじめ定められた分布を有する光束を有する光を出力する。   In sensing the light incident on the input end, a plurality of sensor elements arranged in the input end region outside the array of lateral light sources can be used. In another example, in sensing light incident on the input end, a plurality of sensor elements arranged in the region of the input end outside the array of lateral light sources on either side of the array of light sources can be used. In yet another example, an array of light sources that are not operated simultaneously may be used in sensing light incident on the input. The level of the drive signal can be calibrated so that the plurality of light sources output light having a luminous flux having a predetermined distribution across the array of light sources.

本開示の別の態様によれば、制御システムが、同様の方法を実施するように構成される、指向性バックライト装置が提供される。   According to another aspect of the present disclosure, a directional backlight device is provided in which the control system is configured to perform a similar method.

本明細書の実施形態は、大面積及び薄型構造の自動立体ディスプレイを提供することができる。更に、以降に記述されるように、本開示の光学弁は、大きい後方作動距離を伴う薄い光学コンポーネントを実現できる。このようなコンポーネントは、指向性バックライトに使用でき、自動立体ディスプレイを含む指向性ディスプレイを提供する。更に、実施形態は、効率的な自動立体ディスプレイ及び効率的な2D画像ディスプレイを目的とする制御された光照射器を提供することができる。   Embodiments herein can provide an autostereoscopic display having a large area and a thin structure. Furthermore, as described below, the optical valve of the present disclosure can achieve thin optical components with a large back working distance. Such components can be used for directional backlights and provide directional displays including autostereoscopic displays. Furthermore, embodiments can provide controlled light illuminators aimed at efficient autostereoscopic displays and efficient 2D image displays.

本開示の実施形態は、種々の光学システムに使用することができる。実施形態は、種々のプロジェクタ、投影システム、光学コンポーネント、ディスプレイ、マイクロディスプレイ、コンピュータシステム、プロセッサ、自己内蔵型プロジェクタシステム、ビジュアルシステム及び/又はオーディオビジュアルシステム、並びに電気機器及び/又は光学機器を含んでもよく、又はこれらと共に作動してもよい。本開示の態様は、光学デバイス及び電気デバイス、光学システム、プレゼンテーションシステム、又は任意の種類の光学システムを包含し得る任意の装置に関連する、多種多様な装置に実質的に使用できる。したがって、本開示の実施形態は、視覚的かつ/又は光学的なプレゼンテーション、視覚的な周辺機器など、並びに、多数のコンピュータ環境において使用される、光学システム、光学デバイスで用いることができる。   Embodiments of the present disclosure can be used in various optical systems. Embodiments may include various projectors, projection systems, optical components, displays, microdisplays, computer systems, processors, self-contained projector systems, visual systems and / or audiovisual systems, and electrical and / or optical equipment. Or may work with them. Aspects of the present disclosure can be used substantially in a wide variety of devices associated with optical and electrical devices, optical systems, presentation systems, or any device that can include any type of optical system. Thus, embodiments of the present disclosure can be used in visual systems and / or optical devices used in visual and / or optical presentations, visual peripherals, etc., as well as numerous computer environments.

詳細に開示する種々の実施形態に進む前に、開示は、他の実施形態が可能であるので、用途又は作製において、示される特定の構成の詳細に限定されないことを理解するべきである。更に、開示の態様は、独自の固有の実施形態を規定するために様々な組み合わせ及び構成で述べられてもよい。また、本明細書で使用する用語は、説明を目的とするものであって、限定を目的とするものではない。   Before proceeding to the various embodiments disclosed in detail, it is to be understood that the disclosure is not limited to the details of the particular configuration shown, in application or fabrication, as other embodiments are possible. Furthermore, the disclosed aspects may be described in various combinations and configurations to define unique and specific embodiments. Further, the terms used in this specification are for the purpose of explanation and not for the purpose of limitation.

指向性バックライトは、光学導波路の入力開口部側に配列された独立した複数のLED光源の変調によって、通常、制御された出力表面の実質的に全体から放射される照明にわたる制御を行う。放射光線指向性分布の制御により、角度が限定された範囲から1人の視聴者のみによってディスプレイを見ることができる場合のセキュリティ機能の1人での閲覧、小さい角度の指向性分布にわたってのみ照明が提供される場合の高い電気的効率、左右の目を交互に入れ替えての時系列立体及び自動立体ディスプレイの閲覧、並びに低コストを実現できる。   Directional backlights typically provide control over illumination emitted from substantially the entire controlled output surface by modulation of independent LED light sources arranged on the input aperture side of the optical waveguide. Control of synchrotron radiation directivity distribution allows one person to view the display from only a limited range of viewing angles, viewing only one security function, illumination only over a small angle directivity distribution High electrical efficiency when provided, browsing of time-series stereoscopic and autostereoscopic displays with the left and right eyes alternating, and low cost can be realized.

本発明の種々の態様及び種々の特徴は、任意の組み合わせで一緒に利用されてもよい。   Various aspects and features of the present invention may be utilized together in any combination.

本開示の前述及び他の利点並びに特徴は、本開示をその全体にわたって読むことで、当業者にとって明白となるであろう。   The foregoing and other advantages and features of the present disclosure will be apparent to those of ordinary skill in the art upon reading this disclosure in its entirety.

例示のために、実施形態が添付の図面に示され、図面において、類似する参照符号は、同様の部分を示す。
本開示に従う、指向性ディスプレイデバイスの一実施形態における光伝搬の正面図を示す略図である。 本開示に従う、図1Aの指向性ディスプレイデバイスの一実施形態における光伝搬の側面図を示す略図である。 本開示に従う、指向性ディスプレイデバイスの別の実施形態における光伝搬を平面図で示す略図である。 本開示に従う、図2Aの指向性ディスプレイデバイスの正面図における光伝搬を示す略図である。 本開示に従う、図2Aの指向性ディスプレイデバイスの側面図における光伝搬を示す略図である。 本開示に従う、指向性ディスプレイデバイスを側面図で示す略図である。 本開示に従う、複数の湾曲光抽出機構を含む指向性ディスプレイデバイスにおける視野窓の生成を正面図で示す略図である。 本開示に従う、複数の湾曲光抽出機構を含む指向性ディスプレイデバイスにおける第1の視野窓及び第2の視野窓の生成を正面図で示す略図である。 本開示に従う、複数の直線状光抽出機構を含む指向性ディスプレイデバイスにおける第1の視野窓の生成を示す略図である。 本開示に従う、時分割多重化指向性ディスプレイデバイスにおける第1の視野窓の生成の一実施形態を示す略図である。 本開示に従う、第2のタイムスロットでの、時分割多重化指向性ディスプレイデバイスにおける第2の視野窓の生成の別の実施形態を示す略図である。 本開示に従う、時分割多重化指向性ディスプレイデバイスにおける第1の視野窓及び第2の視野窓の生成の別の実施形態を示す略図である。 本開示に従う、観察者トラッキング自動立体指向性ディスプレイデバイスを示す略図である。 本開示に従う、マルチビューアー指向性ディスプレイデバイスを示す略図である。 本開示に従う、プライバシー指向性ディスプレイデバイスを示す略図である。 本開示に従う、指向性ディスプレイデバイスの構造を側面図で示す略図である。 本開示に従う、ウェッジタイプ指向性バックライトの正面図を示す略図である。 本開示に従う、ウェッジタイプ指向性ディスプレイデバイスの側面図を示す略図である。 本開示に従う、観察者トラッキング指向性ディスプレイ装置のための制御システムを示す略図である。 本開示に従う、指向性バックライトを含む指向性ディスプレイの平面図を示す略図である。 本開示に従う、窓面の視聴位置に対する光学窓光度のグラフを示す略図である。 本開示に従う、窓面の視聴位置に対する光学窓光度のグラフ、及びアレイにおける光源の光束を調整する方法を示す略図である。 本開示に従う、光源のアレイに関する光束分布のグラフ、及びアレイにおける光源の光束を調整する方法を示す略図である。 本開示に従う、図15Bの詳細を示す略図である。 本開示に従う、光束分布のグラフ、及び光束分布と位置合わせされた指向性バックライトの正面図を示す略図である。 本開示に従う、自動立体ランバート性ディスプレイシステムに関する光束分布のグラフを示す略図である。 本開示に従う、1より大きいゲイン及びオンアクシス(on−axis)の視聴位置を有する自動立体ディスプレイシステムに関する光束分布のグラフを示す略図である。 本開示に従う、1より大きいゲイン及びオフアクシス(off−axis)の視聴位置を有する自動立体ディスプレイシステムに関する光束分布のグラフを示す略図である。 本開示に従う、1より大きいゲイン及びオフアクシスの視聴位置を有する自動立体ディスプレイシステムに関する光束分布の更なるグラフを示す略図である。 本開示に従う、光源アドレス指定装置を示す略図である。 本開示に従う、光学窓のアレイ及び光学窓のそれぞれに関する光度のグラフを示す略図である。 本開示に従う、複数の光源の均一な光度を含む導波路に関する視聴位置に対する光学窓光度のグラフを示す略図である。 本開示に従う、導波路の光抽出機構の上に第1の方向に入射した光線の斜視図を示す略図である。 本開示に従う、導波路の光抽出機構の上に第2の方向に入射した光線の斜視図を示す略図である。 本開示に従う、導波路の窓面の視聴位置に対する光学窓光度のグラフ、及びアレイにおける光源の光束を調整する方法を示す略図である。 本開示に従う、光源のアレイに関する光束分布のグラフ、及び導波路に対するアレイにおける光源の光束を調整する方法を示す略図である。 本開示に従う、導波路の窓面の視聴位置に対する光学窓光度のグラフ、及びアレイにおける光源の光束を調整する方法を示す略図である。 本開示に従う、光源のアレイに関する光束分布のグラフ、及び導波路に対するアレイにおける光源の光束を調整する方法を示す略図である。 本開示に従う、窓面の視聴位置に対する光学窓光度のグラフ、及び左右の目の照明フェーズについてアレイにおける光源の光束を調整する方法を示す略図である。 本開示に従う、導波路の窓面の視聴位置に対する光学窓光度のグラフ、及び右目の照明フェーズについてアレイにおける光源の光束を調整する方法を示す略図である。 本開示に従う、左右の目の照明フェーズについての光源のアレイに関する光束分布のグラフ、及び右目の照明フェーズについて導波路に対するアレイにおける光源の光束を調整する方法を示す略図である。 本開示に従う、導波路の窓面における視聴位置に対する光学窓光度のグラフを示す略図である。 本開示に従う、導波路の窓面における視聴位置に対する光学窓光度の更なるグラフを示す略図である。 本開示に従う、導波路の窓面における視聴位置に対する光学窓光度の更なるグラフを示す略図である。 本開示に従う、光源の効率低下を補正する、光源のアレイに関する光束分布のグラフを示す略図である。 本開示に従う、横長モードの指向性ディスプレイ装置の正面図を示す略図である。 本開示に従う、縦長モードの指向性ディスプレイ装置の正面図を示す略図である。 本開示に従う、図27Bの構成のための導波路の窓面における視聴位置に対する光学窓光度の更なるグラフを示す略図である。 本開示に従う、観察者の動きに関する導波路及び視野窓の側面図を示す略図である。 本開示に従う、光源のアレイに関する光束分布のグラフ、及び図28の視聴者の動きを伴う導波路に対してアレイにおける光源の光束を調整する方法を示す略図である。 本開示に従う、視聴位置の間で観察者が移動する間の視野窓の配列を示す略図である。 本開示に従う、視野窓の配列の強度分布を示す略図である。 本開示に従う、視野窓の配列の更なる強度分布を示す略図である。 本開示に従う、視野窓の配列の更なる強度分布を示す略図である。 本開示に従う、視野窓の配列の更なる強度分布を示す略図である。 本開示に従う、不均一な窓強度分布から生じるディスプレイ照明の不均一性を示す略図である。 本開示に従う、複数の光源からの不均一な光束分布を示す略図である。 本開示に従う、複数の光源からの不均一な光束分布を示す略図である。 本開示に従う、複数の光源からの不均一な光束分布を示す略図である。 本開示に従う、複数の光源からの不均一な光束分布を示す略図である。 本開示に従う、複数の光源からの不均一な光束分布を示す略図である。 本開示に従う、複数の光源からの不均一な光束分布を示す略図である。 本開示に従う、横長の向きの2D指向性ディスプレイを示す略図である。 本開示に従う、図42のディスプレイに関する光源位置に対するスケーリングされた光束のグラフを示す略図である。 本開示に従う、縦長の向きの2D指向性ディスプレイを示す略図である。 本開示に従う、図44のディスプレイに関する光源位置に対するスケーリングされた光束のグラフを示す略図である。 本開示に従う、指向性バックライト装置の制御システム及び正面図を示す略図である。 本開示に従う、指向性バックライト装置の制御システム及び正面図を示す略図である。 本開示に従う、較正動作モードのために光源を駆動する装置を示す略図である。 本開示に従う、較正動作モードの光源アレイを示す略図である。 本開示に従う、色補正を実現するように配列された光源アレイの正面図を示す略図である。 本開示に従う、色補正を実現するように配列された更なる光源アレイの正面図を示す略図である。 本開示に従う、光学窓の色度変動のグラフ、及び色度変動を補正する方法を示す略図である。 本開示に従う、光源アレイの正面図を示す略図である。 本開示に従う、光源アレイの正面図、及び光源故障を修正する方法を示す略図である。
For the purpose of illustration, embodiments are shown in the accompanying drawings, in which like reference numerals refer to like parts.
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a front view of light propagation in one embodiment of a directional display device in accordance with the present disclosure. 1B is a schematic diagram illustrating a side view of light propagation in one embodiment of the directional display device of FIG. 1A in accordance with the present disclosure. FIG. 5 is a schematic diagram illustrating, in plan view, light propagation in another embodiment of a directional display device in accordance with the present disclosure. 2D is a schematic diagram illustrating light propagation in a front view of the directional display device of FIG. 2A in accordance with the present disclosure. 2D is a schematic diagram illustrating light propagation in a side view of the directional display device of FIG. 2A in accordance with the present disclosure. 1 is a schematic diagram illustrating a directional display device in side view according to the present disclosure. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating, in a front view, the generation of a viewing window in a directional display device including a plurality of curved light extraction mechanisms according to the present disclosure. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating, in a front view, the generation of a first field window and a second field window in a directional display device including a plurality of curved light extraction mechanisms according to the present disclosure. 6 is a schematic diagram illustrating the generation of a first viewing window in a directional display device including a plurality of linear light extraction mechanisms in accordance with the present disclosure. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating one embodiment of generating a first viewing window in a time division multiplexed directional display device in accordance with the present disclosure. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating another embodiment of generating a second viewing window in a time division multiplexed directional display device at a second time slot in accordance with the present disclosure. 6 is a schematic diagram illustrating another embodiment of generating a first viewing window and a second viewing window in a time division multiplexed directional display device in accordance with the present disclosure. 1 is a schematic diagram illustrating an observer tracking autostereoscopic display device in accordance with the present disclosure. 1 is a schematic diagram illustrating a multi-viewer directional display device according to the present disclosure. 1 is a schematic diagram illustrating a privacy-oriented display device in accordance with the present disclosure. 1 is a schematic diagram illustrating a structure of a directional display device in a side view according to the present disclosure. 1 is a schematic diagram illustrating a front view of a wedge-type directional backlight according to the present disclosure. 1 is a schematic diagram illustrating a side view of a wedge-type directional display device according to the present disclosure. 1 is a schematic diagram illustrating a control system for an observer tracking directional display device in accordance with the present disclosure. 1 is a schematic diagram illustrating a plan view of a directional display including a directional backlight according to the present disclosure. 4 is a schematic diagram illustrating a graph of optical window intensity versus viewing position on a window surface in accordance with the present disclosure. 6 is a schematic diagram illustrating a graph of optical window luminous intensity versus viewing position on a window surface and a method of adjusting a light flux of a light source in an array in accordance with the present disclosure. 4 is a schematic diagram illustrating a luminous flux distribution graph for an array of light sources and a method for adjusting the luminous flux of the light sources in the array in accordance with the present disclosure. 15B is a schematic diagram illustrating details of FIG. 15B in accordance with the present disclosure. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a graph of luminous flux distribution and a front view of a directional backlight aligned with the luminous flux distribution in accordance with the present disclosure. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a graph of luminous flux distribution for an autostereoscopic Lambertian display system in accordance with the present disclosure. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a luminous flux distribution graph for an autostereoscopic display system having a gain greater than 1 and an on-axis viewing position in accordance with the present disclosure; FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a luminous flux distribution graph for an autostereoscopic display system having a gain greater than 1 and an off-axis viewing position in accordance with the present disclosure; FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a further graph of luminous flux distribution for an autostereoscopic display system having a gain greater than 1 and an off-axis viewing position in accordance with the present disclosure. 1 is a schematic diagram illustrating a light source addressing device in accordance with the present disclosure. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a graph of luminous intensity for each of an array of optical windows and an optical window in accordance with the present disclosure. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a graph of optical window luminous intensity versus viewing position for a waveguide including uniform luminous intensity of a plurality of light sources in accordance with the present disclosure. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a perspective view of light rays incident in a first direction on a light extraction mechanism of a waveguide according to the present disclosure. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a perspective view of light rays incident in a second direction on a light extraction mechanism of a waveguide according to the present disclosure. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a graph of optical window luminous intensity versus viewing position on a window surface of a waveguide and a method of adjusting the light flux of a light source in an array in accordance with the present disclosure. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a graph of luminous flux distribution for an array of light sources and a method for adjusting the luminous flux of the light sources in the array relative to the waveguide, in accordance with the present disclosure. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a graph of optical window luminous intensity versus viewing position on a window surface of a waveguide and a method of adjusting the light flux of a light source in an array in accordance with the present disclosure. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a graph of luminous flux distribution for an array of light sources and a method for adjusting the luminous flux of the light sources in the array relative to the waveguide, in accordance with the present disclosure. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a graph of optical window intensity versus viewing position on a window surface and a method of adjusting the light flux of a light source in an array for the left and right eye illumination phases in accordance with the present disclosure. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a graph of optical window luminous intensity versus viewing position on a window surface of a waveguide and a method for adjusting a light flux of a light source in an array for an illumination phase of a right eye in accordance with the present disclosure. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a luminous flux distribution graph for an array of light sources for the left and right eye illumination phases and a method for adjusting the light flux of the light sources in the array relative to the waveguide for the right eye illumination phase according to the present disclosure; 4 is a schematic diagram illustrating a graph of optical window intensity versus viewing position on a waveguide window surface in accordance with the present disclosure. Fig. 6 is a schematic diagram illustrating a further graph of optical window intensity versus viewing position on a window surface of a waveguide, in accordance with the present disclosure. Fig. 6 is a schematic diagram illustrating a further graph of optical window intensity versus viewing position on a window surface of a waveguide, in accordance with the present disclosure. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a graph of luminous flux distribution for an array of light sources that corrects for light source efficiency degradation in accordance with the present disclosure. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a front view of a landscape mode directional display device in accordance with the present disclosure. 1 is a schematic diagram illustrating a front view of a portrait mode directional display device in accordance with the present disclosure. 28B is a schematic diagram illustrating a further graph of optical window intensity versus viewing position at the window face of the waveguide for the configuration of FIG. 27B, in accordance with the present disclosure. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a side view of a waveguide and viewing window for observer movement in accordance with the present disclosure. FIG. 29 is a schematic diagram illustrating a luminous flux distribution graph for an array of light sources and a method of adjusting the luminous flux of the light sources in the array relative to the waveguide with viewer motion of FIG. 28 in accordance with the present disclosure. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an array of viewing windows during an observer movement between viewing positions in accordance with the present disclosure. Fig. 6 is a schematic diagram showing the intensity distribution of an array of viewing windows according to the present disclosure. Fig. 6 is a schematic diagram illustrating a further intensity distribution of an array of viewing windows according to the present disclosure. Fig. 6 is a schematic diagram illustrating a further intensity distribution of an array of viewing windows according to the present disclosure. Fig. 6 is a schematic diagram illustrating a further intensity distribution of an array of viewing windows according to the present disclosure. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating display illumination non-uniformity resulting from a non-uniform window intensity distribution in accordance with the present disclosure. 4 is a schematic diagram illustrating non-uniform light flux distribution from multiple light sources in accordance with the present disclosure. 4 is a schematic diagram illustrating non-uniform light flux distribution from multiple light sources in accordance with the present disclosure. 4 is a schematic diagram illustrating non-uniform light flux distribution from multiple light sources in accordance with the present disclosure. 4 is a schematic diagram illustrating non-uniform light flux distribution from multiple light sources in accordance with the present disclosure. 4 is a schematic diagram illustrating non-uniform light flux distribution from multiple light sources in accordance with the present disclosure. 4 is a schematic diagram illustrating non-uniform light flux distribution from multiple light sources in accordance with the present disclosure. 1 is a schematic diagram illustrating a landscape orientation 2D directional display in accordance with the present disclosure. 43 is a diagram illustrating a graph of scaled luminous flux versus light source position for the display of FIG. 42 in accordance with the present disclosure. 1 is a schematic diagram illustrating a vertically oriented 2D directional display in accordance with the present disclosure. 45 is a schematic diagram illustrating a scaled luminous flux graph versus light source position for the display of FIG. 44 in accordance with the present disclosure. 1 is a schematic diagram illustrating a control system and a front view of a directional backlight device according to the present disclosure. 1 is a schematic diagram illustrating a control system and a front view of a directional backlight device according to the present disclosure. 1 is a schematic diagram illustrating an apparatus for driving a light source for a calibration mode of operation in accordance with the present disclosure. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a light source array in a calibration mode of operation in accordance with the present disclosure. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a front view of a light source array arranged to implement color correction in accordance with the present disclosure. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a front view of a further light source array arranged to implement color correction in accordance with the present disclosure. 4 is a schematic diagram illustrating a chromaticity variation graph of an optical window and a method of correcting the chromaticity variation in accordance with the present disclosure. 1 is a schematic diagram illustrating a front view of a light source array in accordance with the present disclosure. 2 is a front view of a light source array and a schematic diagram illustrating a method of correcting a light source failure in accordance with the present disclosure.

時分割多重化自動立体ディスプレイは、空間光変調器の全ピクセルからの光を第1のタイムスロットにおいては第1の視野窓に、第2のタイムスロットにおいては全ピクセルを第2の視野窓に配向することで、自動立体ディスプレイの空間解像度を好都合に改良できる。したがって、第1の視野窓及び第2の視野窓にて光を受けるよう目を向けた観察者は、複数のタイムスロットからディスプレイの全体にわたってフル解像度の画像を見るであろう。時分割多重化ディスプレイは、指向性光学素子が、光照射器アレイの画像を窓面に実質的に形成する、指向性光学素子を用いる実質的に透過的な時分割多重化空間光変調器を通って光照射器アレイを配向することで、指向性照明を好都合に実現できる。   The time-division multiplexed autostereoscopic display uses light from all pixels of the spatial light modulator to the first field window in the first time slot and all pixels to the second field window in the second time slot. Orientation can advantageously improve the spatial resolution of the autostereoscopic display. Thus, an observer who is looking to receive light in the first and second viewing windows will see a full resolution image across the display from multiple time slots. A time-division multiplexed display comprises a substantially transparent time-division multiplexed spatial light modulator using directional optical elements, wherein the directional optical elements substantially form an image of the light illuminator array on the window surface. By orienting the light illuminator array through, directional illumination can be conveniently achieved.

視野窓の均一性は、空間光変調器内のピクセルの配列からは好都合に独立することができる。このようなディスプレイによって、観察者の動きについて、低いクロストークレベルを伴う、ちらつきの少ない観察者トラッキングディスプレイを好都合に提供できる。   The uniformity of the viewing window can be conveniently independent of the arrangement of pixels in the spatial light modulator. Such a display can advantageously provide a low flicker observer tracking display with low crosstalk levels for observer movement.

窓面での高い均一性を実現するため、高い空間的均一性を有する照明素子のアレイを提供することが望ましい。時系列照明システムの光照射器素子は、例えば、レンズアレイと組み合わせた約100マイクロメートルのサイズの空間光変調器のピクセルによって提供することができる。しかし、このようなピクセルは、空間的多重化ディスプレイと同様の問題を抱える。更に、このようなデバイスは、低効率及び高コストとなり、追加的ディスプレイコンポーネントを必要とする場合がある。   In order to achieve high uniformity on the window surface, it is desirable to provide an array of lighting elements that has high spatial uniformity. The light illuminator elements of the time series illumination system can be provided, for example, by spatial light modulator pixels of a size of about 100 micrometers combined with a lens array. However, such pixels have the same problems as spatially multiplexed displays. In addition, such devices are less efficient and costly and may require additional display components.

高い窓面均一性は、例えば、通常は、サイズが1mm以上の均質化及び拡散化光学素子と組み合わせたLEDのアレイなどの、巨視的光照射器と共に都合よく実現できる。しかし、光照射器素子のサイズの拡大は、指向性光学素子のサイズが比例して拡大することを意味する。例えば、65mm幅の視野窓に結像する16mm幅の光照射器は、200mmの後方作動距離を必要とする場合がある。したがって、光学素子の厚さが増すと、例えば、モバイルディスプレイ、又は大面積ディスプレイなどへの有益な応用を妨げる場合がある。   High window uniformity can be conveniently achieved with a macroscopic light illuminator, such as, for example, an array of LEDs typically combined with homogenizing and diffusing optics that are typically 1 mm or larger in size. However, increasing the size of the light illuminator element means that the size of the directional optical element increases proportionally. For example, a 16 mm wide light illuminator that forms an image on a 65 mm wide viewing window may require a rear working distance of 200 mm. Thus, increasing the thickness of the optical element may hinder beneficial applications, such as for mobile displays or large area displays.

前述の欠点への対処として、共通に保有された米国特許出願第13/300,293号に記述されるような光学弁は、同時にちらつきの無い観察者トラッキング及び低クロストークレベルを伴う高解像度画像を提供する、薄いパッケージでの時分割多重化自動立体照明を実現するために、高速で切り替わる透過型空間光変調器と組み合わせて好都合に配列できる。視聴位置又は窓の一次元アレイが記載され、これは、異なる画像を通常は水平の第1の方向に表示できるが、通常は垂直の第2の方向に移動する場合、同じ画像を含有する。   In response to the aforementioned drawbacks, optical valves such as those described in commonly-owned US patent application Ser. No. 13 / 300,293, simultaneously provide high resolution images with flicker-free observer tracking and low crosstalk levels. Can be conveniently arranged in combination with a fast-switching transmissive spatial light modulator to achieve time-division multiplexed autostereoscopic illumination in a thin package. A one-dimensional array of viewing positions or windows is described, which can display different images, usually in a first horizontal direction, but usually contains the same image when moving in a second vertical direction.

従来の非結像ディスプレイバックライトは、一般的に光学導波路を用いており、LEDといった複数の光源からの端部照明を有する。しかし、このような従来の非結像ディスプレイバックライトと、本開示にて考察した結像指向性バックライトとの間には、機能、設計、構造、及び動作における多くの基本的相違があることを認識すべきである。   Conventional non-imaging display backlights typically use optical waveguides and have edge illumination from multiple light sources such as LEDs. However, there are many fundamental differences in function, design, structure, and operation between such conventional non-imaging display backlights and the imaging directional backlights discussed in this disclosure. Should be recognized.

一般的には、例えば、本開示に従い、結像指向性バックライトは、複数の光源からの照明を、ディスプレイパネルを通って、複数の光学窓のそれぞれに少なくとも1つの軸において配向するように構成される。それぞれの光学窓は、結像指向性バックライトの結像システムによって、光源の少なくとも1つの軸における1つの画像として実質的に形成される。結像システムを形成して、複数の光源を視野窓のそれぞれに結像させることができる。このようにして、複数の光源それぞれからの光は、実質的に、視野窓のそれぞれの外にある観察者の目からは、見えない。   In general, for example, in accordance with the present disclosure, an imaging directional backlight is configured to direct illumination from a plurality of light sources through the display panel to each of the plurality of optical windows in at least one axis. Is done. Each optical window is substantially formed as an image in at least one axis of the light source by the imaging system of the imaging directional backlight. An imaging system can be formed to image a plurality of light sources on each of the viewing windows. In this way, the light from each of the plurality of light sources is substantially invisible to the observer's eyes outside each of the viewing windows.

対比的に、従来の非結像バックライト又は導光板(LGP)は、2Dディスプレイの照明用に使用されている。例えば、Kalil Kalantar et al.,Backlight Unit With Double Surface Light Emission,J.Soc.Inf.Display,Vol.12,Issue 4,pp.379〜387(Dec.2004)を参照。非結像バックライトは、通常、複数の光源からの照明を、ディスプレイパネルを通って、複数の光源それぞれに対して実質的に共通の視聴ゾーンに配向し、広い視野角及び高いディスプレイ均一性を実現するように構成されている。したがって、非結像バックライトは、視野窓を形成しない。このようにして、複数の光源それぞれからの光は、視聴ゾーンにわたる実質的にすべての位置にある観察者の目から見ることができる。このような従来の非結像バックライトは、3MのBEF(商標)などの明るさ上昇フィルムによって提供することができる、例えばランバート照明に比較してスクリーンのゲインを上げるなどの、いくらかの方向性を有することができる。しかし、このような方向性は、それぞれの光源のそれぞれに対して実質的に同じとなり得る。したがって、上記理由等により、従来の非結像バックライトが、結像指向性バックライトとは異なることは、当業者にとって明白であろう。端部点灯非結像バックライト照明構造は、2Dラップトップ、モニター、及びTVに見られるような液晶ディスプレイシステムに使用することができる。光は、光の伝搬方向に関わらず光を消失させるガイドの表面における、通常は、局所的な刻み目であるスパース機構(sparse features)を含むことができる、損失の多い導波路の端部から伝搬する。   In contrast, conventional non-imaging backlights or light guide plates (LGP) are used for illumination of 2D displays. See, for example, Kalil Kalantar et al. , Backlight Unit With Double Surface Light Emission, J.A. Soc. Inf. Display, Vol. 12, Issue 4, pp. 379-387 (Dec. 2004). Non-imaging backlights typically direct illumination from multiple light sources through the display panel into a substantially common viewing zone for each of the multiple light sources, providing a wide viewing angle and high display uniformity. It is configured to be realized. Thus, the non-imaging backlight does not form a viewing window. In this way, the light from each of the plurality of light sources can be seen by the viewer's eyes at substantially all positions across the viewing zone. Such conventional non-imaging backlights can be provided by brightness enhancement films such as 3M BEF ™, for example, with some directionality, such as increasing screen gain compared to Lambert illumination. Can have. However, such directivity can be substantially the same for each of the respective light sources. Therefore, it will be apparent to those skilled in the art that a conventional non-imaging backlight is different from an imaging directional backlight for the above reasons. Edge-lit non-imaging backlight illumination structures can be used in liquid crystal display systems such as those found in 2D laptops, monitors, and TVs. Light propagates from the end of a lossy waveguide, which can include sparse features, usually local notches, on the surface of the guide that cause the light to disappear regardless of the direction of light propagation. To do.

本明細書において使用される際、光学弁は、例えば、光弁、光学弁指向性バックライト、及び弁指向性バックライト(「v−DBL」)と呼ばれる、導光構造又は導光デバイスの1種とすることができる光学構造である。(空間光変調器は、当該技術分野において、一般的に「光弁」と称することもあるが)本開示において、光学弁は、空間光変調器とは異なる。結像指向性バックライトの1つの例は、折りたたみ式光学システムを用いることができる光学弁である。光は、光学弁を通って実質的にロス無く一方向に伝搬することができ、結像反射器に入射することができ、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる米国特許出願第13/300,293号に記述されるように、光が複数の反射傾斜光抽出機構(reflection off tilted light extraction features)によって抽出され、視野窓に配向され得るよう、反対方向に伝搬することができる。   As used herein, an optical valve is one of a light guide structure or light guide device, for example, called a light valve, an optical valve directional backlight, and a valve directional backlight (“v-DBL”). An optical structure that can be a seed. In the present disclosure, an optical valve is different from a spatial light modulator (although the spatial light modulator is also commonly referred to in the art as a “light valve”). One example of an imaging directional backlight is an optical valve that can use a collapsible optical system. The light can propagate through the optical valve in one direction with substantially no loss and can be incident on the imaging reflector, which is hereby incorporated by reference in its entirety. As described in US Pat. No. 300,293, light can be propagated in the opposite direction so that it can be extracted by multiple reflection off tilted light extraction features and directed to the viewing window.

本明細書において使用される際、結像指向性バックライトの例は、段付き導波路結像指向性バックライト、折りたたみ式結像指向性バックライト、ウェッジタイプ指向性バックライト、又は光学弁を含む。   Examples of imaging directional backlights as used herein include stepped waveguide imaging directional backlights, folding imaging directional backlights, wedge-type directional backlights, or optical valves. Including.

更に、本明細書において使用される際、段付き導波路結像指向性バックライトは、光学弁とすることができる。段付き導波路は、光を導くための導波路を含み、第1の導光表面、及び第1の導光表面に相対する第2の導光表面を更に含み、ステップとして配列された、複数の抽出機構がちりばめられた複数の導光機構を更に含む結像指向性バックライト用の導波路である。   Further, as used herein, the stepped waveguide imaging directional backlight can be an optical valve. The stepped waveguide includes a waveguide for guiding light, and further includes a first light guide surface and a second light guide surface opposite the first light guide surface, the plurality of steps arranged as steps. The waveguide for an imaging directional backlight further includes a plurality of light guide mechanisms interspersed with the extraction mechanism.

更に、使用されるように、折りたたみ式結像指向性バックライトは、ウェッジタイプ指向性バックライト又は光学弁の少なくとも1つとすることができる。   Further, as used, the folding imaging directional backlight can be at least one of a wedge-type directional backlight or an optical valve.

動作において、光は、例示的な光学弁内を第1の方向に、入力端から反射端に伝搬でき、実質的にロス無く伝達することができる。光は、反射端にて反射でき、実質的に第1の方向に相対する第2の方向に伝搬する。光の第2の方向への伝搬に従って、光は、光学弁外に光を再配向するよう動作可能な複数の光抽出機構に入射することができる。つまり、光学弁は、一般的に光を第1の方向に伝搬可能にし、第2の方向へ伝搬している間に光を抽出可能にする。   In operation, light can propagate through the exemplary optical valve in a first direction from the input end to the reflection end and can be transmitted substantially without loss. Light can be reflected at the reflection end and propagates in a second direction substantially opposite the first direction. As the light propagates in the second direction, the light can be incident on a plurality of light extraction mechanisms operable to redirect the light out of the optical valve. That is, the optical valve generally allows light to propagate in the first direction and allows light to be extracted while propagating in the second direction.

光学弁によって、大型ディスプレイエリアの時系列指向性照明を実現することができる。更に、光を巨視的光照射器から名目上の窓面へ配向するよう、光学素子の後方作動距離より薄い光学素子を用いることができる。このようなディスプレイは、実質的に平行な導波路内に反対方向に伝搬する光を抽出するように構成された光抽出機構のアレイを使用することができる。   With the optical valve, time-series directional illumination in a large display area can be realized. Furthermore, an optical element thinner than the rear working distance of the optical element can be used to direct light from the macroscopic light irradiator to the nominal window surface. Such a display can use an array of light extraction mechanisms configured to extract light propagating in opposite directions into substantially parallel waveguides.

LCDと共に使用する薄型結像指向性バックライトの実装は、3Mによる、例えば、米国特許第7,528,893号、本明細書に「ウェッジタイプ指向性バックライト」として参照される、Microsoftによる、例えば、米国特許第7,970,246号、本明細書に「光学弁」又は「光学弁指向性バックライト」として参照される、RealDによる、例えば、米国特許出願第13/300,293号にて提示及び実証され、それらのすべてが、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。   The implementation of a thin imaging directional backlight for use with an LCD is by 3M, eg, US Pat. No. 7,528,893, by Microsoft, referred to herein as “Wedge Type Directional Backlight”, See, for example, U.S. Patent No. 7,970,246, by RealD, for example, U.S. Patent Application No. 13 / 300,293, referred to herein as "Optical Valve" or "Optical Valve Directional Backlight". All of which are incorporated herein by reference in their entirety.

本開示は、光が、複数の光抽出機構と、複数の中間領域と、を含む、第1のガイド表面及び第2のガイド表面を含むことができる、例えば段付き導波路の内側面間を前後に反射することができる、段付き導波路結像指向性バックライトを提供する。光は、段付き導波路の長手方向に沿って移動するので、光は、第1のガイド表面及び第2のガイド表面に対する入射角を実質的に変化させず、これら内側表面での媒体の臨界角には到達できない。光抽出は、複数の中間領域(ステップ「トレッド」)に対して傾斜する第2のガイド表面(ステップ(「ライザー」)の複数のファセットとすることができる複数の光抽出機構によって、好都合に実現することができる。複数の光抽出機構は、段付き導波路の導光動作の一部とはできないものの、構造から光抽出を提供できるように構成することができることに留意すべきである。対照的に、ウェッジタイプの結像指向性バックライトは、連続的な内側表面を有するウェッジ形状が施された導波路内に光を導くことができる。したがって、段付き導波路(光学弁)は、つまり、ウェッジタイプ結像指向性バックライトではない。   The present disclosure can include a first guide surface and a second guide surface, wherein the light includes a plurality of light extraction mechanisms and a plurality of intermediate regions, for example between the inner surfaces of a stepped waveguide. Provided is a stepped waveguide imaging directional backlight that can be reflected back and forth. Since the light travels along the length of the stepped waveguide, the light does not substantially change the angle of incidence relative to the first guide surface and the second guide surface, and the criticality of the medium at these inner surfaces. The corner cannot be reached. Light extraction is conveniently achieved by multiple light extraction mechanisms that can be multiple facets of a second guide surface (step ("riser")) that is inclined relative to multiple intermediate regions (step "tread") It should be noted that the multiple light extraction mechanisms can be configured to provide light extraction from the structure, although they cannot be part of the light guide operation of the stepped waveguide. In particular, a wedge-type imaging directional backlight can guide light into a wedge-shaped waveguide with a continuous inner surface, so a stepped waveguide (optical valve) That is, it is not a wedge type imaging directivity backlight.

図1Aは、指向性ディスプレイデバイスの一実施形態における光伝搬の正面図を示す略図であり、図1Bは、図1Aの指向性ディスプレイデバイスにおける光伝搬の側面図を示す略図である。   FIG. 1A is a schematic diagram illustrating a front view of light propagation in one embodiment of a directional display device, and FIG. 1B is a schematic diagram illustrating a side view of light propagation in the directional display device of FIG. 1A.

図1Aは、指向性ディスプレイデバイスの指向性バックライトのxy面における正面図を示し、段付き導波路1を照射するのに使用することができる光照射器アレイ15を含む。光照射器アレイ15は、光照射器素子15a〜光照射器素子15n(「n」は、1より大きい整数)を含む。1つの例において、図1Aの段付き導波路1は、段付きの、ディスプレイサイズの導波路1とすることができる。複数の光照射器素子15a〜15nは、複数の発光ダイオード(LED)とすることができる複数の光源である。LEDは、本明細書にて複数の光照射器素子15a〜15nとして記述されているが、ダイオード源、半導体源、レーザー源、局所的電界放出源、有機エミッターアレイなどのこれらに限定しない他の複数の光源を使用することができる。更に、図1Bは、xz面における側面図を示し、図示のとおりに配列された光照射器アレイ15、SLM(空間光変調器)48、複数の抽出機構12、複数の中間領域10、及び段付き導波路1を含む。図1Bに提供された側面図は、図1Aに示す正面図の代替的な図である。したがって、図1A及び1Bの光照射器アレイ15は、互いに対応し、図1A及び図1Bの段付き導波路1は、互いに対応することができる。   FIG. 1A shows a front view in the xy plane of a directional backlight of a directional display device and includes a light illuminator array 15 that can be used to illuminate a stepped waveguide 1. The light irradiator array 15 includes light irradiator elements 15 a to 15 n (“n” is an integer greater than 1). In one example, the stepped waveguide 1 of FIG. 1A can be a stepped, display-sized waveguide 1. The plurality of light irradiator elements 15a to 15n are a plurality of light sources that can be a plurality of light emitting diodes (LEDs). An LED is described herein as a plurality of light emitter elements 15a-15n, but other, but not limited to, diode sources, semiconductor sources, laser sources, local field emission sources, organic emitter arrays, etc. Multiple light sources can be used. Further, FIG. 1B shows a side view in the xz plane, where the light illuminator array 15, SLM (spatial light modulator) 48, multiple extraction mechanisms 12, multiple intermediate regions 10, and stages arranged as shown. The attached waveguide 1 is included. The side view provided in FIG. 1B is an alternative view of the front view shown in FIG. 1A. 1A and 1B can correspond to each other, and the stepped waveguides 1 of FIGS. 1A and 1B can correspond to each other.

更に、図1Bでは、段付き導波路1は、薄い入力端2及び厚い反射端4を有することができる。したがって、導波路1は、入力光を受光する入力端2と、入力光を反射して導波路1を通って戻す反射端4との間に延在する。入力端2の導波路にわたる横方向の長さは、入力端2の高さより大きい。複数の光照射器素子15a〜15nは、入力端2にわたる横方向に、異なる入力位置に配置される。   Further, in FIG. 1B, the stepped waveguide 1 can have a thin input end 2 and a thick reflective end 4. Therefore, the waveguide 1 extends between the input end 2 that receives the input light and the reflection end 4 that reflects the input light and returns it through the waveguide 1. The lateral length across the waveguide at the input end 2 is greater than the height of the input end 2. The plurality of light irradiator elements 15 a to 15 n are arranged at different input positions in the lateral direction across the input end 2.

導波路1は、入力端2と反射端4との間に延在する、内部全反射(TIR)により光を導波路1に沿って前後に導くための、相対する第1のガイド表面及び第2のガイド表面を有する。第1のガイド表面は、平面である。第2のガイド表面は、反射端4に対向し、反射端から導波路1を通って導かれて戻される少なくともいくらかの光を、第1のガイド表面における内部全反射を変化させ、SLM 48に供給されている、例えば、図1Bにおける上方の第1のガイド表面を通した出力を可能にする方向に反射するために傾斜された複数の光抽出機構12を有する。   The waveguide 1 extends between the input end 2 and the reflection end 4 and has a first guide surface and a first opposing guide for guiding light back and forth along the waveguide 1 by total internal reflection (TIR). 2 guide surfaces. The first guide surface is a plane. The second guide surface faces the reflective end 4 and causes at least some light directed back from the reflective end through the waveguide 1 to change the total internal reflection at the first guide surface and to the SLM 48. It has a plurality of light extraction mechanisms 12 that are tilted to reflect, for example, in a direction that allows output through the upper first guide surface in FIG. 1B.

この例では、他の反射機構を使用できたとしても、複数の光抽出機構12は、複数の反射ファセットである。複数の光抽出機構12は、導波路を通って光を導かないことに対し、複数の光抽出機構12の中間の第2のガイド表面の複数の中間領域は、光を抽出することなく導く。第2のガイド表面のこれらの領域は、平面であり、第1のガイド表面に平行、又は相対的に低い傾斜で延在してもよい。複数の光抽出機構12は、第2のガイド表面が複数の光抽出機構12及び複数の中間領域を含む段付き形状を有することができるように、それらの領域に横方向に延在する。複数の光抽出機構12は、複数の光源からの光を、第1のガイド表面を通って、反射端4からの反射後に反射するよう方向づけられている。   In this example, the multiple light extraction mechanisms 12 are multiple reflective facets even though other reflective mechanisms could be used. The plurality of light extraction mechanisms 12 do not guide light through the waveguide, whereas the plurality of intermediate regions on the second guide surface in the middle of the plurality of light extraction mechanisms 12 guide light without extraction. These regions of the second guide surface are planar and may extend parallel to the first guide surface or with a relatively low slope. The plurality of light extraction mechanisms 12 extend laterally in those regions so that the second guide surface can have a stepped shape including the plurality of light extraction mechanisms 12 and a plurality of intermediate regions. The plurality of light extraction mechanisms 12 are oriented to reflect light from the plurality of light sources through the first guide surface after reflection from the reflection end 4.

複数の光抽出機構12は、入力位置によって決まる第1のガイド表面に相対的な異なる方向の入力端にわたる横方向に、異なる入力位置からの入力光を配向するように構成されている。複数の照明素子15a〜15nは、異なる入力位置に配列されているため、照明素子15a〜15nのそれぞれからの光は、それら異なる方向に反射されている。このようにして、それぞれの照明素子15a〜15nは、光を光学窓のそれぞれに、入力位置に従って横方向に分布された出力方向に配向する。入力位置が分布されている入力端2にわたる横方向は、第1のガイド表面に対する法線に対して横方向に、出力光に関して対応する。反射端4及び第1のガイド表面での偏向が、概ね横方向に対して直交している本実施形態では、入力端2にて、かつ出力光に関して定義されるような横方向は、平行に維持される。制御システムの制御下では、複数の光照射器素子15a〜15nを、光を選択可能な光学窓に配向するよう選択的に操作することができる。複数の光学窓は、個別に使用しても、視野窓としてグループで使用してもよい。   The plurality of light extraction mechanisms 12 are configured to direct input light from different input positions in a lateral direction across the input ends in different directions relative to the first guide surface determined by the input positions. Since the plurality of illumination elements 15a to 15n are arranged at different input positions, the light from each of the illumination elements 15a to 15n is reflected in the different directions. In this way, each illumination element 15a-15n directs light to each of the optical windows in the output direction distributed laterally according to the input position. The transverse direction over the input end 2 where the input positions are distributed corresponds to the output light, transverse to the normal to the first guide surface. In this embodiment in which the deflection at the reflecting end 4 and the first guide surface is generally orthogonal to the lateral direction, the lateral direction as defined at the input end 2 and with respect to the output light is parallel. Maintained. Under control of the control system, the plurality of light illuminator elements 15a-15n can be selectively manipulated to direct light into a selectable optical window. Multiple optical windows may be used individually or in groups as a viewing window.

本開示では、光学窓は、複数の光学窓がディスプレイデバイスの全体にわたって形成する、名目上の面である窓面における単一光源の画像に対応することができる。代替的に、光学窓は、共に投影される光源グループの画像に対応することができる。このような光源グループは、アレイ121の光学窓の均一性を好都合に向上することができる。   In the present disclosure, an optical window can correspond to a single light source image on a window surface, which is a nominal surface, that a plurality of optical windows form throughout the display device. Alternatively, the optical window can correspond to an image of a group of light sources projected together. Such a light source group can advantageously improve the uniformity of the optical window of the array 121.

比較として、視野窓は、ディスプレイエリアからの実質的に同じ画像の画像データを含む、光が提供される窓面における領域である。したがって、視野窓は、単一の光学窓又は複数の光学窓から、制御システムの制御下にて形成することができる。   By way of comparison, a viewing window is an area in the window surface where light is provided that contains image data of substantially the same image from the display area. Thus, the viewing window can be formed from a single optical window or multiple optical windows under the control of the control system.

導波路にわたって延在するSLM 48は、透過型であり、そこを通過する光を変調する。SLM 48は、液晶ディスプレイ(LCD)とすることができるが、これは、単に例を表すものであり、他の空間光変調器又はディスプレイを、LCOS、DLPデバイスなどを含めて、この光照射器が反射して作動できるように使用することができる。この例では、SLM 48は、導波路の第1のガイド表面にわたって配置されており、複数の光抽出機構12からの反射後に第1のガイド表面を通って光出力を変調する。   The SLM 48 extending across the waveguide is transmissive and modulates light passing therethrough. The SLM 48 can be a liquid crystal display (LCD), but this is merely an example, and other spatial light modulators or displays, including LCOS, DLP devices, etc. Can be used to reflect and operate. In this example, the SLM 48 is disposed across the first guide surface of the waveguide and modulates the light output through the first guide surface after reflection from the plurality of light extraction mechanisms 12.

光学窓の一次元アレイを提供することができる指向性ディスプレイデバイスの動作を図1Aの正面図に示し、その側面の概要を図1Bに示す。図1A及び1Bにおいて、動作の際、光は、段付き導波路1の入力端2、x=0、の表面に沿って異なる位置、y、に位置した光照射器素子15a〜15nのアレイといった光照射器アレイ15から出射される。光は、段付き導波路1内を第1の方向における+xに沿って伝搬することができ、同時に、光は、xy面にて扇状に展開することができ、横方向の正の屈折力を有するよう湾曲した反射端4に到達すると、およそ又は完全に湾曲端側4に充満することができる。伝搬中、光は、xz面にてガイド材の臨界角以下の一組の角度に広がることができる。段付き導波路1の第2のガイド表面の複数の中間領域10をリンクする複数の抽出機構12は、臨界角を超える傾斜角度を有することができ、したがって、第1の方向における+xに沿って伝搬する実質的にすべての光によって除外することができ、実質的にロスの無い前方伝搬を確保する。   The operation of a directional display device that can provide a one-dimensional array of optical windows is shown in the front view of FIG. 1A, and a side view is outlined in FIG. 1B. 1A and 1B, in operation, light is an array of light illuminator elements 15a-15n located at different positions, y, along the surface of the input end 2, x = 0, of the stepped waveguide 1. The light is emitted from the light irradiator array 15. The light can propagate in the stepped waveguide 1 along + x in the first direction, and at the same time, the light can be developed in a fan shape on the xy plane, and has a positive power in the lateral direction. Upon reaching the curved reflecting end 4, it can fill the curved end side 4 approximately or completely. During propagation, light can spread at a set of angles below the critical angle of the guide material in the xz plane. The plurality of extraction mechanisms 12 linking the plurality of intermediate regions 10 of the second guide surface of the stepped waveguide 1 can have a tilt angle that exceeds a critical angle, and thus along + x in the first direction It can be ruled out by substantially all light propagating, ensuring forward propagation with virtually no loss.

図1A及び1Bの考察を続けると、段付き導波路1の反射端4は、通常は、例えば銀といった反射材でのコーティングによる反射性を付することができるが、他の反射技術も用いることができる。それによって、光は、第2の方向に再配向され、−xの方向のガイドに戻り、実質的にxy又はディスプレイ面に集束することができる。角拡散は、実質的にxz面における主伝搬方向に対して維持され、これにより光は、ライザーの端部に当たり、ガイドの外に反射することができる。約45度の複数の傾斜抽出機構12を伴う一実施形態においては、光は、実質的に伝搬方向に相対的に維持されたxz角拡散を伴い、xyディスプレイ面に対するおおよその法線に効果的に配向することができる。この角拡散は、光が、屈折によって段付き導波路1を出ることで増大する場合があり、複数の抽出機構12の反射特質によって多少減少する場合がある。   Continuing with the discussion of FIGS. 1A and 1B, the reflective end 4 of the stepped waveguide 1 can usually be made reflective by coating with a reflective material such as silver, but other reflective techniques can also be used. Can do. Thereby, the light can be redirected in the second direction, return to the guide in the -x direction, and can be substantially focused on xy or the display surface. Angular diffusion is substantially maintained with respect to the main propagation direction in the xz plane, so that light can hit the end of the riser and be reflected out of the guide. In one embodiment with multiple tilt extraction mechanisms 12 of about 45 degrees, the light is effective to approximate normal to the xy display surface, with xz angular diffusion maintained substantially relative to the propagation direction. Can be oriented. This angular diffusion may increase as light exits the stepped waveguide 1 due to refraction, and may decrease somewhat due to the reflective nature of the multiple extraction mechanisms 12.

複数の未コーティングの抽出機構12を伴う、いくつかの実施形態においては、内部全反射(TIR)の不足により反射が減少する場合があり、xz角度プロファイルを狭め、法線からのずれが生じる場合がある。しかしながら、銀コーティング又は金属コーティングされた抽出機構を有する他の実施形態においては、増大した角拡散及び中央の法線方向を保持することができる。銀コーティングの抽出機構を伴う実施形態の記述を続けると、xz面では、光は、段付き導波路1をおおよそ集束して出射することができ、入力エッジの中心から、光照射器アレイ15内の光照射器素子15a〜15nのそれぞれのy位置に比例して、法線からずらして配向することができる。入力端2に沿って独立した光照射器素子15a〜15nを有することにより、図1Aに示すように、光は、第1のガイド表面6の全体から出射可能となり、異なる外角に伝搬可能となる。   In some embodiments involving multiple uncoated extraction features 12, reflections may be reduced due to lack of total internal reflection (TIR), narrowing the xz angle profile and causing deviation from normal. There is. However, in other embodiments with silver-coated or metal-coated extraction mechanisms, increased angular diffusion and central normal direction can be retained. Continuing with the description of the embodiment with the silver coating extraction mechanism, in the xz plane, light can be approximately focused out of the stepped waveguide 1 and from the center of the input edge into the light illuminator array 15. The light irradiator elements 15a to 15n can be oriented so as to be shifted from the normal line in proportion to the y position. By having independent light illuminator elements 15a-15n along the input end 2, light can be emitted from the entire first guide surface 6 and can propagate to different outer angles as shown in FIG. 1A. .

そのようなデバイスを伴う高速液晶ディスプレイ(LCD)パネルといった空間光変調器(SLM)48を照射することによって、平面図又は図2Aにおける光照射器アレイ15の端部から見たyz面、図2Bにおける正面図、及び図2Cにおける側面図に示すような自動立体3Dを実現することができる。図2Aは、光の指向性ディスプレイデバイス内での伝搬を平面図にて示す略図であり、図2Bは、光の指向性ディスプレイデバイス内での伝搬を正面図にて示す略図であり、図2Cは、光の指向性ディスプレイデバイス内での伝搬を側面図にて示す略図である。図2A、2B、及び2Cに示すように、段付き導波路1は、連続的な右目画像及び左目画像を表示する高速(例えば100Hz超)LCDパネルSLM 48の背後に位置することができる。これに同期して、光照射器アレイ15の特定の光照射器素子15a〜15n(「n」は、1より大きい整数)は、選択的にオン及びオフにすることができ、システムの方向性によって実質的に独立して右目及び左目に入る照明光を提供する。最も簡単な場合には、光照射器アレイ15の光照射器素子のセットのそれぞれは、共にオンとなり、水平方向に離れた両目が左目画像を見ることができる、一次元の視野窓26、又は水平方向の幅は、限定されるものの、垂直方向に延在する光学瞳、並びに両目、及び両目が異なる画像を見ることができる中央位置により右目画像を主に見ることができる別の視野窓44を提供する。視野窓26は、光学窓260のアレイを含むことができ、視野窓44は、光学窓440のアレイを含むことができ、光学窓のそれぞれは、アレイ15の単一の光照射器によって形成される。したがって、複数の光照射器を配列して、視野窓26及び44を形成することができる。図2Aにおいて、視野窓26は、単一の光照射器15aによって形成されるとして示されるため、単一の光学窓260を含むことができる。同様に、視野窓44は、単一の光照射器15nによって形成されるとして示されるため、単一の光学窓440を含むことができる。このようにして、視聴者の頭部がほぼ中央に位置合わせされた場合に3Dを見ることができる。中央位置から側方へ離れる動きにより、シーンを2D画像に収縮することができる。   Illuminating a spatial light modulator (SLM) 48, such as a high-speed liquid crystal display (LCD) panel with such a device, the plan view or the yz plane viewed from the end of the light illuminator array 15 in FIG. 2A, FIG. As shown in FIG. 2C and a side view in FIG. 2C, an autostereoscopic 3D can be realized. 2A is a schematic diagram showing the propagation of light in a directional display device in plan view, and FIG. 2B is a schematic diagram showing the propagation of light in a directional display device in front view, and FIG. Fig. 4 is a schematic diagram showing the propagation of light in a directional display device in a side view. As shown in FIGS. 2A, 2B, and 2C, the stepped waveguide 1 can be located behind a high-speed (eg, greater than 100 Hz) LCD panel SLM 48 that displays continuous right-eye and left-eye images. Synchronously, certain light emitter elements 15a-15n ("n" is an integer greater than 1) of the light emitter array 15 can be selectively turned on and off, and the directionality of the system Provides illumination light that enters the right and left eyes substantially independently. In the simplest case, each set of illuminator elements of the illuminator array 15 is turned on together, a one-dimensional viewing window 26 where both eyes that are horizontally separated can see the left eye image, or Although the width in the horizontal direction is limited, the optical pupil extends in the vertical direction, and another viewing window 44 that can mainly view the right eye image by both eyes and a central position where both eyes can see different images. I will provide a. The field window 26 can include an array of optical windows 260 and the field window 44 can include an array of optical windows 440, each of which is formed by a single light illuminator of the array 15. The Accordingly, the viewing windows 26 and 44 can be formed by arranging a plurality of light irradiators. In FIG. 2A, the viewing window 26 is shown as being formed by a single light irradiator 15a, and thus can include a single optical window 260. Similarly, the viewing window 44 is shown as being formed by a single light irradiator 15n, and thus can include a single optical window 440. In this way, 3D can be viewed when the viewer's head is aligned approximately in the center. Movement away from the center position to the side can shrink the scene into a 2D image.

反射端4は、導波路にわたる横方向への正の屈折力を有することができる。反射端4が正の屈折力を通常有する実施形態において、光軸は、例えば反射端4の湾曲の中心を通り、x軸を中心とした端部4の鏡映対称の軸に一致するラインであるといった、反射端4の形状を参照して定義することができる。反射面4が平面である場合は、光軸は、例えば湾曲されている場合、複数の光抽出機能12といった屈折力を有する他のコンポーネント、又は以下に記述するフレネルレンズ62に関して同様に定義することができる。光軸238は、通常、導波路1の機械軸と一致している。端部4に実質的に円筒状の反射面を通常含む本実施形態においては、光軸238は、端部4の表面の湾曲の中心を通り、x軸を中心とした側部4の鏡映対称の軸に一致するラインである。光軸238は、通常、導波路1の機械軸と一致している。端部4での円筒状の反射面は、通常、球状の外形であってもよく、オンアクシス及びオフアクシスの視聴位置に対する能力を最適化する。他の外形も使用することができる。   The reflective end 4 can have a positive lateral power across the waveguide. In an embodiment in which the reflective end 4 normally has a positive refractive power, the optical axis is a line that passes through the center of curvature of the reflective end 4, for example, and coincides with the axis of mirror symmetry of the end 4 about the x axis. It can be defined with reference to the shape of the reflection end 4 such as. If the reflective surface 4 is a plane, the optical axis should be defined similarly with respect to other components having refractive power, such as a plurality of light extraction functions 12, or a Fresnel lens 62 described below, for example, if curved. Can do. The optical axis 238 usually coincides with the mechanical axis of the waveguide 1. In this embodiment, which typically includes a substantially cylindrical reflective surface at the end 4, the optical axis 238 passes through the center of curvature of the surface of the end 4 and mirrors the side 4 about the x axis. A line that coincides with the axis of symmetry. The optical axis 238 usually coincides with the mechanical axis of the waveguide 1. The cylindrical reflecting surface at the end 4 may typically have a spherical outer shape, optimizing the ability for on-axis and off-axis viewing positions. Other profiles can also be used.

図3は、指向性ディスプレイデバイスを側面図に示す略図である。更に、図3は、透過材料とすることができる段付き導波路1の動作の側面図を更に詳細に示す。段付き導波路1は、光照射器入力端2と、反射端4と、実質的に平面であってもよい第1のガイド表面6と、複数の中間領域10及び複数の光抽出機構12を含む第2のガイド表面8と、を含んでもよい。動作においては、例えばLEDのアドレス指定が可能なアレイであってもよい光照射器アレイ15(図3では、非表示)の光照射器素子15cからの光線16は、第1のガイド表面6による内部全反射及び第2のガイド表面8の複数の中間領域10による内部全反射によって、段付き導波路1内で、鏡面であってもよい反射端4へ、導くことができる。反射端4は、鏡面であってもよく、光を反射してもよいが、実施形態によっては、光が反射端4を通過してもよい。   FIG. 3 is a schematic diagram showing a directional display device in a side view. Furthermore, FIG. 3 shows in more detail a side view of the operation of the stepped waveguide 1 which can be a transmissive material. The stepped waveguide 1 includes a light irradiator input end 2, a reflection end 4, a first guide surface 6 that may be substantially planar, a plurality of intermediate regions 10 and a plurality of light extraction mechanisms 12. A second guide surface 8 comprising. In operation, the light beam 16 from the light emitter element 15c of the light emitter array 15 (not shown in FIG. 3), which may be an addressable array of LEDs, for example, is due to the first guide surface 6. The total internal reflection and total internal reflection by the plurality of intermediate regions 10 of the second guide surface 8 can lead to the reflection end 4, which may be a mirror surface, in the stepped waveguide 1. The reflection end 4 may be a mirror surface and may reflect light, but in some embodiments, light may pass through the reflection end 4.

図3の考察を続けると、反射端4にて反射した光線18は、反射端4での内部全反射によって段付き導波路1内に更に導かれ、複数の抽出機構12によって反射することができる。複数の抽出機構12に入射する光線18は、段付き導波路1の導光モードから実質的に偏向することができ、光線20によって示されるように、第1のガイド表面6を通って、自動立体ディスプレイの視野窓26を形成することができる光学瞳に配向することができる。視野窓26の幅は、反射端4及び複数の抽出機構12における少なくとも光照射器のサイズ、照射される光照射器素子15nの数、出力設計距離、及び屈折力によって決定することができる。視野窓の高さは、複数の抽出機構12の反射円錐角、及び入力端2での照明円錐角入力によって主に決定することができる。したがって、それぞれの視野窓26は、名目上の視覚距離での窓面106と交差する空間光変調器48の表面法線方向に対して個別の出力方向の範囲を表す。   Continuing the discussion of FIG. 3, the light beam 18 reflected at the reflection end 4 is further guided into the stepped waveguide 1 by total internal reflection at the reflection end 4, and can be reflected by a plurality of extraction mechanisms 12. . Light rays 18 incident on the plurality of extraction mechanisms 12 can be substantially deflected from the light guide mode of the stepped waveguide 1 and automatically pass through the first guide surface 6 as indicated by the light rays 20. The viewing window 26 of the stereoscopic display can be oriented to an optical pupil that can be formed. The width of the field window 26 can be determined by at least the size of the light irradiator in the reflection end 4 and the plurality of extraction mechanisms 12, the number of light irradiator elements 15n irradiated, the output design distance, and the refractive power. The height of the field window can be mainly determined by the reflection cone angle of the plurality of extraction mechanisms 12 and the illumination cone angle input at the input end 2. Thus, each field window 26 represents a range of individual output directions relative to the surface normal direction of the spatial light modulator 48 that intersects the window surface 106 at a nominal visual distance.

図4Aは、複数の湾曲光抽出機構を含む、第1の光照射器素子によって照射される指向性ディスプレイデバイスを正面図で示す略図である。更に、図4Aは、光照射器アレイ15の光照射器素子15cからの光線の、光軸28を有する段付き導波路1への更なる導光を正面図に示す。図4Aでは、指向性バックライトは、段付き導波路1と、光源光照射器アレイ15と、を含んでもよい。出力光線のそれぞれは、光照射器15cのそれぞれの入力端2から、同じ光学窓260に向けて配向される。図4Aの光線は、段付き導波路1の反射端4から出射することができる。図4Aに示すように、光線16を、光照射器素子15cから反射端4に向けて配向することができる。次に、光線18は、光抽出機構12から反射し、反射端4から光学窓260に向けて出射することができる。したがって、光線30は、光学窓260内で光線20と交差するか、又は光線32によって示されるように視野窓内に異なる高さを有することができる。加えて、種々の実施形態において、導波路1の側部22及び24は、透過面、鏡面、又は黒化した表面とすることができる。図4Aの考察を続けると、複数の光抽出機構12は、延長することができ、第2のガイド表面8(図3に示しているが、図4Aには、示していない)の第1の領域34における複数の光抽出機構12の向きは、第2のガイド表面8の第2の領域36における複数の光抽出機構12の向きとは異なってもよい。本明細書にて考察した他の実施形態と同様、例えば、図3に示すように、図4Aの複数の光抽出機構は、複数の中間領域10と交互になってもよい。図4Aに示すように、段付き導波路1は、反射端4上に反射表面を含むことができる。一実施形態において、段付き導波路1の反射端は、段付き導波路1にわたる横方向の正の屈折力を有することができる。   FIG. 4A is a schematic diagram illustrating a front view of a directional display device illuminated by a first light illuminator element that includes a plurality of curved light extraction mechanisms. Further, FIG. 4A shows in a front view the further guidance of the light rays from the light emitter elements 15 c of the light emitter array 15 to the stepped waveguide 1 having the optical axis 28. In FIG. 4A, the directional backlight may include a stepped waveguide 1 and a light source light irradiator array 15. Each of the output rays is directed from the respective input end 2 of the light irradiator 15c toward the same optical window 260. 4A can be emitted from the reflection end 4 of the stepped waveguide 1. As shown in FIG. 4A, the light beam 16 can be oriented from the light irradiator element 15 c toward the reflection end 4. Next, the light beam 18 can be reflected from the light extraction mechanism 12 and emitted from the reflection end 4 toward the optical window 260. Thus, the ray 30 can intersect the ray 20 in the optical window 260 or have a different height in the viewing window as indicated by the ray 32. In addition, in various embodiments, the sides 22 and 24 of the waveguide 1 can be transmission surfaces, mirror surfaces, or blackened surfaces. Continuing with the discussion of FIG. 4A, the plurality of light extraction mechanisms 12 can be extended and the first of the second guide surface 8 (shown in FIG. 3 but not shown in FIG. 4A). The direction of the plurality of light extraction mechanisms 12 in the region 34 may be different from the direction of the plurality of light extraction mechanisms 12 in the second region 36 of the second guide surface 8. Similar to other embodiments discussed herein, for example, as shown in FIG. 3, the plurality of light extraction mechanisms of FIG. 4A may alternate with a plurality of intermediate regions 10. As shown in FIG. 4A, the stepped waveguide 1 can include a reflective surface on the reflective end 4. In one embodiment, the reflective end of the stepped waveguide 1 can have a positive lateral power across the stepped waveguide 1.

別の実施形態において、指向性バックライトのそれぞれの複数の光抽出機構12は、導波路にわたる横方向の正の屈折力を有することができる。   In another embodiment, each of the plurality of light extraction features 12 of the directional backlight can have a lateral positive refractive power across the waveguide.

別の実施形態において、指向性バックライトのそれぞれは、第2のガイド表面の複数のファセットであり得る複数の光抽出機構12を含むことができる。第2のガイド表面は、光を実質的に抽出することなく、導波路を通ってその光を配向するように構成されてもよい複数のファセットと交互になる領域を有することができる。   In another embodiment, each of the directional backlights can include a plurality of light extraction features 12 that can be a plurality of facets of the second guide surface. The second guide surface can have regions alternating with a plurality of facets that may be configured to direct the light through the waveguide without substantially extracting the light.

図4Bは、第2の光照射器素子によって照射することができる指向性ディスプレイデバイスを正面図に示す略図である。更に、図4Bは、光照射器アレイ15の第2の光照射器素子15hからの光線40、42を示す。反射端4及び複数の光抽出機構12上の反射表面の湾曲は、光照射器素子15hからの光線にて光学窓260から横方向に分離された第2の光学窓440を協働して生成する。   FIG. 4B is a schematic diagram illustrating a front view of a directional display device that can be illuminated by a second light illuminator element. Furthermore, FIG. 4B shows the light rays 40, 42 from the second light emitter element 15h of the light emitter array 15. FIG. The curvature of the reflective surface on the reflective end 4 and the plurality of light extraction mechanisms 12 is generated in cooperation with a second optical window 440 that is laterally separated from the optical window 260 by light rays from the light illuminator element 15h. To do.

図4Bに示す構成により、図4Aに示すような、反射端4における屈折力及び領域34と領域36との間の複数の延長光抽出機構12の異なる向きから生じることができる屈折力との協働により実像を形成することができる光学窓260にて、光照射器素子15cの実像を好都合に提供することができる。図4Bの構成により、光学窓260内の横方向の位置への光照射器素子15cの結像の収差を改善することができる。収差の改善により、低クロストークレベルを実現しながらも、自動立体ディスプレイに対する視覚的自由度の拡張を実現できる。   The configuration shown in FIG. 4B cooperates with the refractive power at the reflective end 4 and the refractive power that can arise from different orientations of the multiple extended light extraction mechanisms 12 between regions 34 and 36, as shown in FIG. 4A. A real image of the light irradiator element 15c can be conveniently provided in the optical window 260, which can form a real image by action. With the configuration of FIG. 4B, it is possible to improve the aberration of imaging of the light irradiator element 15 c at the lateral position in the optical window 260. By improving the aberration, it is possible to extend the visual freedom for the autostereoscopic display while realizing a low crosstalk level.

図5は、実質的な複数の直線状光抽出機構を有する指向性ディスプレイデバイスの一実施形態を正面図にて示す略図である。更に、図5は、複数の光抽出機構12が実質的に直線状であり、互いに平行であるという違いの1つを伴い、(同様の対応する素子を伴う)図1と同様の構成要素の構成を示す。このような配列は、ディスプレイ表面にわたって実質的に均一な照明を好都合に提供でき、図4A及び図4Bの複数の湾曲抽出機構よりも製造により都合がよい。指向性導波路1の光軸321は、反射端4における表面の光軸方向であってもよい。反射端4の屈折力は、光軸方向を横切るように構成され、したがって、反射端4に入射した光線は、光軸321からの入射光線の横方向オフセット319によって変動する角偏向を有することになる。   FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a front view of one embodiment of a directional display device having a substantial plurality of linear light extraction mechanisms. Further, FIG. 5 is similar to FIG. 1 (with similar corresponding elements) with one of the differences that the light extraction mechanisms 12 are substantially straight and parallel to each other. The configuration is shown. Such an arrangement can advantageously provide substantially uniform illumination across the display surface and is more convenient to manufacture than the multiple curve extraction mechanisms of FIGS. 4A and 4B. The optical axis 321 of the directional waveguide 1 may be the optical axis direction of the surface at the reflection end 4. The refractive power of the reflection end 4 is configured to cross the optical axis direction, so that the light beam incident on the reflection end 4 has an angular deflection that varies due to the lateral offset 319 of the incident light beam from the optical axis 321. Become.

図6Aは、第1のタイムスロットにおける時分割多重化結像指向性ディスプレイデバイス内の第1の視野窓の生成の一実施形態を示す略図であり、図6Bは、第2のタイムスロットにおける時分割多重化結像指向性バックライト装置内の第2の視野窓の生成の別の実施形態を示す略図であり、図6Cは、時分割多重化結像指向性ディスプレイデバイス内の第1の視野窓及び第2の視野窓の生成の別の実施形態を示す略図である。更に、図6Aは、段付き導波路1からの視野窓26の生成を模式的に示す。光照射器アレイ15における光照射器素子グループ31は、(単一の光学窓260又は光学窓260のアレイを含むことができる)視野窓26に向けて配向される光円錐17を提供し得る。図6Bは、視野窓44の生成を模式的に示す。光照射器アレイ15における光照射器素子グループ33は、(単一の光学窓440又は光学窓440のアレイを含むことができる)視野窓44に向けて配向される光円錐19を提供し得る。時分割多重化ディスプレイとの協働にて、視野窓26及び44は、図6Cに示すような順序にて提供することができる。空間光変調器48(図6A、6B、6Cでは、非表示)上の画像が光方向出力に応じて調整されると、好適に配置された視聴者に対して自動立体画像を実現することができる。本明細書に記述のすべての結像指向性バックライトにより、同様の動作を実現し得る。光照射器素子グループ31、33は、それぞれ、照明素子15a〜15n(「n」は、1より大きい整数)からの1つ又は2つ以上の照明素子を含むことに注意されたい。   FIG. 6A is a schematic diagram illustrating one embodiment of generating a first viewing window in a time division multiplexed imaging directional display device in a first time slot, and FIG. 6B is a time in a second time slot. FIG. 6C is a schematic diagram illustrating another embodiment of generating a second field window in a division multiplexed imaging directional backlight device, and FIG. 6C illustrates a first field in a time division multiplexed imaging directional display device. 6 is a schematic diagram illustrating another embodiment of generating a window and a second viewing window. Furthermore, FIG. 6A schematically illustrates the generation of a viewing window 26 from the stepped waveguide 1. The light emitter element group 31 in the light emitter array 15 may provide a light cone 17 that is oriented toward the field window 26 (which may include a single optical window 260 or an array of optical windows 260). FIG. 6B schematically illustrates the generation of the viewing window 44. The light emitter element group 33 in the light emitter array 15 may provide a light cone 19 that is oriented toward a field window 44 (which may include a single optical window 440 or an array of optical windows 440). In cooperation with the time division multiplexed display, the viewing windows 26 and 44 can be provided in the order shown in FIG. 6C. When an image on the spatial light modulator 48 (not shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C) is adjusted according to the light direction output, an autostereoscopic image can be realized for a suitably arranged viewer. it can. Similar operations can be achieved with all imaging directional backlights described herein. Note that light illuminator element groups 31, 33 each include one or more illumination elements from illumination elements 15a-15n (where "n" is an integer greater than 1).

図7は、時分割多重化指向性ディスプレイデバイスを含む観察者トラッキング自動立体ディスプレイ装置の一実施形態を示す略図である。図7に示すように、軸29に沿った選択的な光照射器素子15a〜15nのオン及びオフにより、視野窓26、44の指向性を制御することができる。頭部45の位置は、カメラ、モーションセンサー、モーションディテクター、又は任意の他の適切な光学的、機械的、又は電気的手段を用いてモニターすることができ、光照射器アレイ15の複数の適切な光照射器素子は、頭部45の位置に関わりなく、それぞれの目に実質的に独立した画像を提供するようオン及びオフすることができる。頭部トラッキングシステム(又は第2の頭部トラッキングシステム)は、頭部45、47(頭部47は、図7には、非表示)の1つを超えるモニタリングを提供することができ、同じ左目画像及び右目画像をそれぞれの視聴者の左右の目に供給し、すべての視聴者に3Dを提供することができる。ここでも、本明細書に記述のすべての結像指向性バックライトにより、同様の動作を実現し得る。   FIG. 7 is a schematic diagram illustrating one embodiment of an observer tracking autostereoscopic display device including a time division multiplexed directional display device. As shown in FIG. 7, the directivity of the viewing windows 26 and 44 can be controlled by selectively turning on and off the light irradiator elements 15 a to 15 n along the axis 29. The position of the head 45 can be monitored using a camera, motion sensor, motion detector, or any other suitable optical, mechanical, or electrical means, and a plurality of suitable light emitter array 15 Regardless of the position of the head 45, a simple light illuminator element can be turned on and off to provide a substantially independent image for each eye. The head tracking system (or the second head tracking system) can provide more than one monitoring of the head 45, 47 (head 47 not shown in FIG. 7) and the same left eye Images and right-eye images can be supplied to the left and right eyes of each viewer to provide 3D to all viewers. Again, similar operations can be achieved with all imaging directional backlights described herein.

図8は、結像指向性バックライトを含む例としての、マルチビューアー指向性ディスプレイデバイスの一実施形態を示す略図である。図8に示すように、少なくとも2つの2D画像を、視聴者45、47のペアに向けて配向することができ、これにより、それぞれの視聴者は、空間光変調器48上の異なる画像を見ることができる。図8の2つの2D画像は、2つの画像が2人の視聴者に向けて配向される光を有する複数の光源に連続して、かつ同期して表示される、図7に関する記述と同様に生成することができる。1つの画像は、第1のフェーズにおける空間光変調器48上で提示され、第2の画像は、第1のフェーズとは異なる第2のフェーズにおける空間光変調器48上で提示される。第1のフェーズ及び第2のフェーズに対応して、第1の視野窓26及び第2の視野窓44をそれぞれ提供するよう出力照明は、調整されている。両目が視野窓26にある観察者は、第1の画像を認識し、同時に両目が視野窓44にある観察者は、第2の画像を認識する。   FIG. 8 is a schematic diagram illustrating one embodiment of a multi-viewer directional display device as an example that includes an imaging directional backlight. As shown in FIG. 8, at least two 2D images can be oriented toward a pair of viewers 45, 47 so that each viewer sees a different image on the spatial light modulator 48. be able to. The two 2D images of FIG. 8 are similar to the description with respect to FIG. 7, where the two images are displayed sequentially and synchronously with a plurality of light sources having light directed towards two viewers. Can be generated. One image is presented on the spatial light modulator 48 in the first phase, and the second image is presented on the spatial light modulator 48 in a second phase that is different from the first phase. Corresponding to the first and second phases, the output illumination is adjusted to provide a first field window 26 and a second field window 44, respectively. An observer whose eyes are in the viewing window 26 recognizes the first image, and an observer whose eyes are in the viewing window 44 simultaneously recognizes the second image.

図9は、結像指向性バックライトを含むプライバシー指向性ディスプレイデバイスを示す略図である。2Dディスプレイシステムもまた、図9に示すように光を第1の視聴者45の両目に主に配向することができる指向性バックライティングを、安全性及び効率の目的で使用することができる。更に、図9に示すように、第1の視聴者45は、デバイス50の画像を見ることができるが、光は、第2の視聴者47に向けて配向されていない。したがって、第2の視聴者47は、デバイス50上の画像を見ることを妨げられる。本開示のそれぞれの実施形態は、自動立体機能、デュアル画像機能、又はプライバシーディスプレイ機能を好都合に提供することができる。   FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a privacy directional display device including an imaging directional backlight. The 2D display system can also use directional backlighting, which can primarily direct light to both eyes of the first viewer 45 as shown in FIG. 9, for safety and efficiency purposes. Further, as shown in FIG. 9, the first viewer 45 can see an image of the device 50, but the light is not directed towards the second viewer 47. Accordingly, the second viewer 47 is prevented from viewing the image on the device 50. Each embodiment of the present disclosure may advantageously provide an autostereoscopic function, a dual image function, or a privacy display function.

図10は、結像指向性バックライトを含む例としての、時分割多重化指向性ディスプレイデバイスの構造を側面図にて示す略図である。更に、図10は、段付き導波路1の出力表面にわたる実質的に集束された出力のための視野窓26を提供するように構成された段付き導波路1と、フレネルレンズ62と、を含むことができる自動立体指向性ディスプレイデバイスを側面図にて示す。縦型拡散体68は、視野窓26の高さを更に伸長するよう、かつ、横方向(y軸)の方向へのブレを最小限にしつつ、縦方向(X軸に平行)の方向へのブレを実現するよう、配列することができる。次に、光は、空間光変調器48を通って結像することができる。光照射器アレイ15は、例えば、蛍光体変換青色LED又は個別のRGB LEDであってもよい複数の発光ダイオード(LED)を含んでもよい。代替的に、光照射器アレイ15内の光照射器素子は、個別の照明領域を提供するように構成された均一光源と、空間光変調器と、を含んでもよい。代替的に、光照射器素子は、(複数の)レーザー光源を含んでもよい。レーザー出力は、例えば検流計スキャナー又はMEMSスキャナーを使用してのスキャニングの手段を用いて拡散体上に配向することができる。したがって、1つの例において、レーザー光を用いて、適切な出力角度を有する実質的に均一な光源を提供し、更に、スペックルを減少させるために、光照射器アレイ15にて複数の適切な光照射器素子を提供することができる。代替的に、光照射器アレイ15は、レーザー発光素子のアレイとすることができる。加えて1つの例において、拡散体は、波長変換蛍光体であってもよく、その結果、照明を可視出力光までの異なる波長にすることができる。   FIG. 10 is a schematic diagram illustrating, in a side view, the structure of a time division multiplexed directional display device as an example including an imaging directional backlight. In addition, FIG. 10 includes a stepped waveguide 1 configured to provide a viewing window 26 for a substantially focused output across the output surface of the stepped waveguide 1, and a Fresnel lens 62. Fig. 2 shows a side view of an autostereoscopic display device that can be used. The vertical diffuser 68 extends in the vertical direction (parallel to the X axis) while further extending the height of the viewing window 26 and minimizing the blur in the horizontal direction (y axis). Can be arranged to achieve blur. The light can then be imaged through the spatial light modulator 48. The light illuminator array 15 may include a plurality of light emitting diodes (LEDs), which may be, for example, phosphor-converted blue LEDs or individual RGB LEDs. Alternatively, the light illuminator elements in the light illuminator array 15 may include a uniform light source configured to provide separate illumination areas and a spatial light modulator. Alternatively, the light illuminator element may include laser light source (s). The laser output can be directed onto the diffuser using means of scanning, for example using a galvanometer scanner or a MEMS scanner. Thus, in one example, laser light is used to provide a substantially uniform light source with a suitable output angle, and to reduce speckle, a plurality of suitable light emitter arrays 15 A light illuminator element can be provided. Alternatively, the light emitter array 15 can be an array of laser light emitting elements. In addition, in one example, the diffuser may be a wavelength converting phosphor so that illumination can be at different wavelengths up to visible output light.

したがって、図1〜10は、導波路1、そのような導波路1及び光照射器アレイ15を含む指向性バックライト、並びにそのような指向性バックライト及びSLM 48を含む指向性ディスプレイデバイスを種々に説明する。図1〜10を参照して上記に開示されるこのような種々の機構は、任意の組み合わせにて組み合わせることができる。   Accordingly, FIGS. 1-10 illustrate various waveguides 1, directional backlights including such waveguides 1 and light emitter arrays 15, and directional display devices including such directional backlights and SLMs 48. Explained. The various mechanisms disclosed above with reference to FIGS. 1-10 can be combined in any combination.

図11は、ウェッジタイプ指向性バックライトとして示される別の結像指向性バックライトの正面図を示す略図であり、図12は、同様のウェッジタイプ指向性ディスプレイデバイスの側面図を示す略図である。ウェッジタイプ指向性バックライトは、概ね、その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第7,660,047号、発明の名称「Flat Panel Lens」にて考察されている。構造は、反射層1106にて優先的にコーティングすることができる底面、及び同様に反射層1106にて優先的にコーティングすることができる端部波形面1102を有するウェッジタイプ導波路1104を含むことができる。   FIG. 11 is a schematic diagram showing a front view of another imaging directional backlight shown as a wedge-type directional backlight, and FIG. 12 is a schematic diagram showing a side view of a similar wedge-type directional display device. . Wedge-type directional backlights are generally discussed in US Pat. No. 7,660,047, entitled “Flat Panel Lens”, which is incorporated herein by reference in its entirety. The structure includes a wedge-type waveguide 1104 having a bottom surface that can be preferentially coated with a reflective layer 1106 and an end corrugated surface 1102 that can also be preferentially coated with a reflective layer 1106. it can.

一実施形態において、指向性ディスプレイデバイスは、入力端と、導波路に沿って光を導くための、相対する第1のガイド表面及び第2のガイド表面と、入力光からの光を反射して導波路を通って戻すための入力端に対向する反射端と、を有する、導波路を含んでもよい。指向性ディスプレイデバイスは、導波路の入力端にわたって異なる入力位置に配置された光源のアレイを含んでもよい。導波路は、入力位置によって主として決まり得る、第1のガイド表面に対する法線に対する出力方向に、反射端からの反射後に、複数の光源からの入力光を出力光として、第1のガイド表面を通って複数の光学窓内に配向するように構成されてもよい。指向性ディスプレイデバイスはまた、第1のガイド表面からの出力光を受光するように構成され、かつ、第1の偏光を有する出力光の第1の偏光コンポーネントを変調するように構成された、透過型空間光変調器を含んでもよい。   In one embodiment, the directional display device reflects light from an input end, opposing first and second guide surfaces for directing light along the waveguide, and input light. A waveguide having a reflective end opposite the input end for returning through the waveguide may be included. A directional display device may include an array of light sources arranged at different input locations across the input end of the waveguide. The waveguide passes through the first guide surface with input light from a plurality of light sources as output light after reflection from the reflection end in the output direction with respect to the normal to the first guide surface, which can be mainly determined by the input position. And may be configured to be oriented in a plurality of optical windows. The directional display device is also configured to receive output light from the first guide surface and configured to modulate a first polarization component of the output light having a first polarization. A type spatial light modulator may be included.

ウェッジタイプ指向性バックライトの一実施形態において、第1のガイド表面が、内部全反射によって光を導くように構成されてもよく、第2のガイド表面が、実質的に平面であり、第1のガイド表面を通って光を出力するための内部全反射を変化させる方向に光を反射する角度に傾斜してもよい。ウェッジタイプ指向性バックライトは、指向性ディスプレイデバイスの一部であり得る。指向性ディスプレイデバイスはまた、空間光変調器に対する法線に向けて光を偏向させるための導波路の第1のガイド表面にわたって延在する偏向素子を含んでもよい。   In one embodiment of a wedge-type directional backlight, the first guide surface may be configured to direct light by total internal reflection, the second guide surface is substantially planar, The light may be inclined at an angle that reflects light in a direction that changes total internal reflection for outputting light through the guide surface. The wedge type directional backlight may be part of a directional display device. The directional display device may also include a deflecting element that extends across the first guide surface of the waveguide for deflecting light toward a normal to the spatial light modulator.

図12に示すように、光は、複数の局所光源1101からウェッジタイプ導波路1104に入ることができ、光は、端面に反射する前に第1の方向に伝搬することができる。光は、その帰路にある間にウェッジタイプ導波路1104を出ることができ、ディスプレイパネル1110を照射することができる。光学弁との比較として、光が出力表面上に臨界角で入射する場合にエスケープすることができるよう、ウェッジタイプ導波路は、伝搬光の入射角を小さくするテーパーによる抽出を行うことができる。ウェッジタイプ導波路内において臨界角でエスケープする光は、プリズムアレイなどの再配向層1108によって偏向されるまで、実質的に表面に対して平行に伝搬する。ウェッジタイプ導波路の出力表面上の誤差又はダストは、臨界角を変化させる場合があり、迷光及び均一性誤差を生じさせる場合がある。更に、鏡を使用してビーム路をウェッジタイプ指向性バックライト内に折り返す結像指向性バックライトは、光円錐方向に対してウェッジタイプ導波路内にバイアスをかけるファセットミラーを用いることができる。このようなファセットミラーは、一般的に製作が複雑で、照明均一性誤差、並びに迷光をもたらす場合がある。   As shown in FIG. 12, light can enter the wedge-type waveguide 1104 from a plurality of local light sources 1101, and the light can propagate in a first direction before reflecting off the end face. Light can exit the wedge-type waveguide 1104 while on its return and illuminate the display panel 1110. As compared with the optical valve, the wedge-type waveguide can perform extraction with a taper that reduces the incident angle of propagating light so that light can escape when it is incident on the output surface at a critical angle. Light that escapes at a critical angle in a wedge-type waveguide propagates substantially parallel to the surface until it is deflected by a reorientation layer 1108 such as a prism array. Errors or dust on the output surface of the wedge-type waveguide can change the critical angle and can cause stray light and uniformity errors. Furthermore, an imaging directional backlight that uses a mirror to fold the beam path into a wedge-type directional backlight can use a facet mirror that biases the wedge-type waveguide in the light cone direction. Such facet mirrors are generally complex to manufacture and may result in illumination uniformity errors as well as stray light.

ウェッジタイプ指向性バックライト及び光学弁は、光ビームを異なる方法で更に処理する。ウェッジタイプ導波路では、適切な角度での光入力は、主要表面上の規定位置にて出力するが、光線は、実質的に同じ角度及び実質的に主要表面に対して平行に出射するであろう。これに比較して、光学弁の段付き導波路への特定の角度での光入力は、第1の側部にわたる点から、入力角によって決まる出力角で出力する。好都合なことに、光学弁の段付き導波路は、観察者に向かう光を抽出する光再配向フィルムを更に必要とせず、入力角不均一性により、ディスプレイ表面にわたって不均一性となるわけではない。   Wedge-type directional backlights and optical valves further process the light beam in different ways. In wedge-type waveguides, light input at the appropriate angle is output at a defined position on the major surface, but the light beam is emitted at substantially the same angle and substantially parallel to the major surface. Let's go. In comparison, the light input at a specific angle to the stepped waveguide of the optical valve is output at an output angle determined by the input angle from a point over the first side. Conveniently, the stepped waveguide of the optical valve does not require an additional light redirecting film that extracts light toward the viewer, and input angle non-uniformity does not make it non-uniform across the display surface. .

しかし、本開示においては、通常、ウェッジタイプ導波路1104といったウェッジタイプ導波路を指向性バックライトに使用することができ、段付き導波路1を、上記の図1〜10に示す種々の構造及び以下に記述する構造に置き換えることができる。   However, in the present disclosure, a wedge-type waveguide such as the wedge-type waveguide 1104 can usually be used for a directional backlight, and the stepped waveguide 1 is formed with various structures and the structures shown in FIGS. It can be replaced with the structure described below.

続いて、指向性ディスプレイデバイスと、指向性ディスプレイデバイスが、導波路と、SLMと、を含む、指向性バックライトを含む制御システムと、を含む、いくつかの指向性ディスプレイ装置を記述する。以下の記述では、導波路、指向性バックライト、及び指向性ディスプレイデバイスは、上記の図1〜10の構造に基づいており、これらを内含するが、上記のように、段付き導波路1をウェッジタイプ導波路にて置き換えた場合も、同様に適応するであろう。以降に記述する修正及び/又は追加的特徴を除き、上の記述は、以下の導波路、指向性バックライト、及びディスプレイデバイスに等しく適用されるが、簡潔にするために繰り返さない。   Subsequently, several directional display devices are described that include a directional display device and a control system that includes a directional backlight, the directional display device including a waveguide and an SLM. In the following description, the waveguide, the directional backlight, and the directional display device are based on the structures of FIGS. 1 to 10 described above, and include them. As described above, the stepped waveguide 1 The same applies if the is replaced by a wedge type waveguide. Except for the modifications and / or additional features described below, the above description applies equally to the following waveguides, directional backlights, and display devices, but will not be repeated for the sake of brevity.

図13は、ディスプレイデバイス100と、制御システムと、を含む、指向性ディスプレイ装置を示す略図である。制御システムの構成及び動作を以降に記述し、必要に応じて変更し、本明細書に開示されるそれぞれのディスプレイデバイスに適用することができる。   FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a directional display device that includes a display device 100 and a control system. The configuration and operation of the control system are described below, can be modified as needed, and can be applied to each display device disclosed herein.

指向性ディスプレイデバイス100は、導波路1と、上記のように配列された光照射器素子15nのアレイ15と、を含む、指向性バックライトを含む。制御システムは、照明素子15a〜15nを選択的に操作して、光を選択可能な複数の光学窓に配向するように構成されている。   The directional display device 100 includes a directional backlight including the waveguide 1 and the array 15 of light illuminator elements 15n arranged as described above. The control system is configured to selectively manipulate the lighting elements 15a-15n to direct light into a plurality of selectable optical windows.

導波路1は、上記のように構成されている。反射端4は、反射した光を収束させる。フレネルレンズ62は、反射端4と協働するように構成することができ、観察者99によって観察される窓面106に複数の視野窓26を実現する。透過型空間光変調器(SLM)48は、指向性バックライトからの光を受光するように構成することができる。更に、拡散体68は、導波路1とSLM 48並びにフレネルレンズ62のピクセルとの間のモワレ干渉を実質的に除去するよう設けられる。   The waveguide 1 is configured as described above. The reflection end 4 converges the reflected light. The Fresnel lens 62 can be configured to cooperate with the reflecting end 4, and realizes a plurality of field windows 26 on the window surface 106 observed by the observer 99. The transmissive spatial light modulator (SLM) 48 can be configured to receive light from a directional backlight. In addition, a diffuser 68 is provided to substantially eliminate moire interference between the waveguide 1 and the SLM 48 and Fresnel lens 62 pixels.

制御システムは、ディスプレイデバイス100に対して観察者99の位置を検出するように構成されたセンサーシステムを含むことができる。センサーシステムは、カメラなどの位置センサー70と、例えば、コンピュータービジョン画像処理システムと、を含むことができる、頭部位置測定システム72を含む。制御システムは、更に、頭部位置測定システム72から供給された観察者の検出位置が双方に供給される照明コントローラー74と、画像コントローラー76と、を含む。照明コントローラー74は、駆動信号を光照射器素子15nに供給する。駆動信号を制御することにより、照明コントローラー74は、光照射器素子15nを選択的に操作し、導波路1と協働して光を視野窓26内に配向する。照明コントローラー74は、頭部位置測定システム72によって検出された観察者の位置に従って操作される光照射器素子15を選択し、その結果、光が配向される視野窓26が観察者99の左右の目に対応する位置に来る。このように、導波路1の横方向の出力方向性は、観察者の位置に対応する。   The control system can include a sensor system configured to detect the position of the viewer 99 relative to the display device 100. The sensor system includes a head position measurement system 72 that can include a position sensor 70 such as a camera and a computer vision image processing system, for example. The control system further includes an illumination controller 74 to which the detection position of the observer supplied from the head position measurement system 72 is supplied to both, and an image controller 76. The illumination controller 74 supplies a drive signal to the light irradiator element 15n. By controlling the drive signal, the illumination controller 74 selectively manipulates the light illuminator element 15n and cooperates with the waveguide 1 to direct light into the viewing window 26. The illumination controller 74 selects the light illuminator element 15 that is manipulated according to the position of the observer detected by the head position measurement system 72, so that the field window 26 through which the light is directed is the left and right of the observer 99. Come to the position corresponding to the eye. Thus, the horizontal output directionality of the waveguide 1 corresponds to the position of the observer.

照明コントローラー74は、光照射器素子15のそれぞれに供給された駆動信号を変動させて、光の階調と称し得る、アレイ15の光源のそれぞれが発した光の光束を制御するように構成することができる。光源の光束は、光源が発した屈折力の尺度であり、ルーメンで測定される。   The illumination controller 74 is configured to control the luminous flux of light emitted from each of the light sources of the array 15, which can be referred to as light gradation, by varying the drive signal supplied to each of the light irradiator elements 15. be able to. The luminous flux of the light source is a measure of the refractive power emitted by the light source and is measured in lumens.

光束の制御は、制限なく、電圧変調、電流変調、パルス幅変調、光源と入力端2との間に設けられた空間光変調器の制御、又は他の既知の階調駆動方式を含む任意の好適な駆動方式によってもたらすことができる。更に、光照射器素子15nのそれぞれが発した光束は、アドレス指定可能なデバイスのそれぞれに流れる電流を変えること、あるいは、残像により観察者が認識する明るさを変動させるため、1つ又は2つ以上のパルスの長さを変更するパルス幅変調方式により変動させ得る。これら2つの効果を合わせて所望の明るさ制御を実現することも可能である。   Control of the luminous flux is not limited and includes any of voltage modulation, current modulation, pulse width modulation, control of a spatial light modulator provided between the light source and the input end 2, or any other known gradation drive system This can be brought about by a suitable driving method. Furthermore, one or two light fluxes emitted from each of the light irradiator elements 15n are used to change the current flowing to each of the addressable devices or to change the brightness recognized by the observer by the afterimage. The above pulse length can be changed by a pulse width modulation method for changing the length. It is also possible to realize desired brightness control by combining these two effects.

画像コントローラー76は、SLM 48を制御して画像を表示する。自動立体ディスプレイを提供するため、画像コントローラー76及び照明コントローラー74は、以下のように動作することができる。画像コントローラー76は、SLM 48を制御し、一時的に多重化された左目画像及び右目画像を表示する。照明コントローラー74は、複数の光源15を操作し、左目画像及び右目画像の表示に同期して観察者の左右の目に対応する位置にある複数の視野窓に光を配向する。複数の視野窓の位置は、観察者の検出された位置によって主に決まり得る。このようにして、自動立体効果は、時分割多重化技術を用いて実現されている。   The image controller 76 controls the SLM 48 to display an image. In order to provide an autostereoscopic display, the image controller 76 and the illumination controller 74 can operate as follows. The image controller 76 controls the SLM 48 and displays the temporarily multiplexed left eye image and right eye image. The illumination controller 74 operates the plurality of light sources 15 and directs light to the plurality of viewing windows at positions corresponding to the left and right eyes of the observer in synchronization with the display of the left eye image and the right eye image. The position of the plurality of viewing windows can be mainly determined by the detected position of the observer. In this way, the autostereoscopic effect is realized using a time division multiplexing technique.

以下に記述するように、ユーザー又は自動制御の下で動作している光束コントローラー580は、照明コントローラー74を制御して、横方向の光照射器素子15nのそれぞれに関連づけられた幅だけ逆にスケーリングされ、光照射器素子のアレイ15にわたって変動する光束を有する光を出力するよう指向性バックライトの光照射器素子15nを制御する方法を実施させることができる。   As described below, the light flux controller 580 operating under user or automatic control controls the illumination controller 74 to scale inversely by the width associated with each of the lateral light illuminator elements 15n. Thus, a method of controlling the light irradiator element 15n of the directional backlight to output light having a light flux that fluctuates across the array 15 of light irradiator elements can be implemented.

アレイ15にわたって変動する光束の量は、スケーリングされた個々の光照射器15の光束である。スケーリングは、逆であり、その幅は、横方向の光照射器素子15nのそれぞれと関連づけられている。そのスケーリングの目的は、アレイ15にわたる光照射器素子15のピッチの任意の変動を考慮することである。したがって、光照射器素子15nが、導波路1の入力端4にわたって、横方向の一定のピッチで異なる入力位置にて配置されるという単純な場合では、スケーリングが一定であるため、スケーリングされた光束は、単に複数の光照射器素子15nの実際の光束である。横方向の光照射器素子15nのピッチが可変である場合、スケーリングされた光束は、その変動するピッチを考慮する。   The amount of light flux that varies across the array 15 is the scaled light flux of the individual light irradiators 15. The scaling is the reverse, and its width is associated with each of the lateral light illuminator elements 15n. The purpose of the scaling is to take into account any variation in the pitch of the light emitter elements 15 across the array 15. Therefore, in the simple case where the light illuminator elements 15n are arranged at different input positions at a constant lateral pitch across the input end 4 of the waveguide 1, the scaling is constant, so the scaled luminous flux Is simply the actual light flux of the plurality of light emitter elements 15n. If the pitch of the lateral light illuminator elements 15n is variable, the scaled luminous flux takes into account its varying pitch.

よって、スケーリングされた光束は、複数の光源と出力のそれぞれの光束にわたる不均一性との間のずれを考慮することができる。したがって、光照射器素子15nに関連づけられた幅は、検討されている光照射器素子15nにおける複数のアレイ光照射器素子15nのピッチと解釈することができる。同様に、光照射器素子15nに関連づけられた幅は、複数の光照射器素子15n間の隙間の中間点の間の幅と解釈することができる。図53を参照し、スケーリングされた光束について更に説明する。   Thus, the scaled luminous flux can take into account the deviation between the multiple light sources and the non-uniformity across the respective luminous flux of the output. Thus, the width associated with the light emitter element 15n can be interpreted as the pitch of the plurality of array light emitter elements 15n in the light emitter element 15n under consideration. Similarly, the width associated with the light emitter element 15n can be interpreted as the width between the midpoints of the gaps between the plurality of light emitter elements 15n. The scaled luminous flux will be further described with reference to FIG.

ここで、スケーリングされた光束が考えられるが、その理由は、以下で更に説明するように、ディスプレイデバイス100において、この量が、出力光の光度に影響するためである。ディスプレイデバイスの光度は、ディスプレイデバイスが、単位立体角度あたりの、特定の方向に発する力の尺度である。よって、スケーリングされた光束は、制御されて、所望の光度を提供する。   Here, a scaled luminous flux is conceivable because, as will be further described below, in the display device 100, this amount affects the luminous intensity of the output light. The luminous intensity of a display device is a measure of the force that the display device emits in a particular direction per unit solid angle. Thus, the scaled luminous flux is controlled to provide the desired luminous intensity.

これは、好都合であるが、理由は、観察者99が認識するディスプレイデバイス100の明るさが、所与の方向に進む光の単位面積あたりの光度の測光尺度である輝度によって引き出されるからである。したがって、光束線密度の変動により、認識される明るさを制御することができ、例えば、観察者99の異なる位置について認識される明るさ(輝度)を変動させることができ、かつ/又は所与の認識される明るさについて消費電力を最小にすることができる。   This is convenient, because the brightness of the display device 100 as perceived by the viewer 99 is derived by the brightness, which is a photometric measure of light intensity per unit area of light traveling in a given direction. . Therefore, the recognized brightness can be controlled by the variation of the luminous flux line density, for example, the brightness (luminance) recognized for different positions of the observer 99 can be varied and / or given. The power consumption can be minimized for the perceived brightness.

検討される光束は、発せられた全光束である。これは、横方向に対して垂直の方向にわたって複数の光照射器素子15が発した光束を統合することによって得ることができる。   The luminous flux considered is the total luminous flux emitted. This can be obtained by integrating the light beams emitted by the plurality of light irradiator elements 15 in a direction perpendicular to the lateral direction.

いくつかの実施形態において、光束コントローラー580は、光束を制御して、横方向の位置に対して固定された光束分布における光照射器素子15nのアレイにわたって変動させることができる。   In some embodiments, the light flux controller 580 can control the light flux to vary across an array of light illuminator elements 15n in a light flux distribution that is fixed relative to a lateral position.

他の実施形態において、光束コントローラー580は、光束を制御して、センサーシステムにより検出されたように、観察者99の検出された位置に従い、光照射器素子15nのアレイにわたって変動させることができる。   In other embodiments, the light flux controller 580 can control the light flux to vary across the array of light illuminator elements 15n according to the detected position of the observer 99 as detected by the sensor system.

光束コントローラー580が、光束を制御して、光照射器素子15nのアレイにわたって変動させる、いくつかの具体的方法について、以下で説明する。   Several specific methods by which the light flux controller 580 controls the light flux to vary across the array of light illuminator elements 15n are described below.

まず、光束コントローラー580が、スケーリングされた光束を制御して、横方向の位置に対して固定された光束分布における光照射器素子15nのアレイにわたって変動させることができる、いくつかの実施形態について説明する。これには、ディスプレイデバイス100が操作されて、自動立体モードなどの指向性動作モードと比較して、広角から視聴可能な2D画像を表示するとき、特定の利点がある。その場合、すべての光照射器素子15nは、同時に操作することができ、この場合、センサーシステムを使用しなくても、あるいは省略してもよい。   First, some embodiments will be described in which the luminous flux controller 580 can control the scaled luminous flux to vary across an array of light illuminator elements 15n in a luminous flux distribution fixed with respect to a lateral position. To do. This has certain advantages when the display device 100 is operated to display a 2D image viewable from a wide angle as compared to a directional operation mode such as an autostereoscopic mode. In that case, all the light irradiator elements 15n can be operated simultaneously, in which case the sensor system may not be used or may be omitted.

あるいは、照明コントローラー74は、複数の光源15を操作して、観察者の検出された位置に従い、両目で見ることができる単一の視野窓に、光を配向することができ、SLM 48は、プライバシー動作モード及び高効率動作モードの2D視聴のために、単一のフェーズにおいて動作するように構成されている。このような視野窓は、観察者の左右の目両方で見られるよう、十分に広い。あるいは、ディスプレイデバイスを操作して、自動立体3Dディスプレイを提供するとき、固定された光束分布を適用してもよい。   Alternatively, the illumination controller 74 can operate the multiple light sources 15 to direct the light into a single viewing window that can be viewed with both eyes, according to the detected position of the viewer, It is configured to operate in a single phase for 2D viewing in privacy and high efficiency modes of operation. Such a viewing window is sufficiently wide to be seen by both the left and right eyes of the observer. Alternatively, a fixed luminous flux distribution may be applied when operating the display device to provide an autostereoscopic 3D display.

図14Aは、導波路1と、窓面106に光学窓260のアレイを設ける光照射器素子15nのアレイと、を含む、指向性バックライトの平面図を示す略図であり、出力方向、よって、光学窓260のそれぞれの窓面における名目上の横方向の位置は、アレイ15における光照射器のそれぞれの横方向の位置により決まる。したがって、窓面106を横切る横(y軸)方向の位置262に対応する角度θにおいて、複数の光学窓260から見えるディスプレイの光度は、(示されたように、右目位置560及び左目位置562の)観察者99の位置によって変動し得る。ランバート性であるディスプレイ光度の変動を実現するのが望ましく、これにより、ディスプレイは、観察者99のそれぞれの目に等しく明るく見え、つまり、ディスプレイの輝度は、横方向の視覚的自由度の範囲内で実質的に同じである。あるいは、オフアクシスの視聴位置の輝度を低くして節電の利点を実現する、ディスプレイ光度の変動を実現することが望ましい。   FIG. 14A is a schematic diagram showing a plan view of a directional backlight including the waveguide 1 and an array of light illuminator elements 15n that provide an array of optical windows 260 on the window surface 106, the output direction, and thus The nominal lateral position of each window surface of the optical window 260 is determined by the respective lateral position of the light illuminator in the array 15. Thus, at an angle θ corresponding to a lateral (y-axis) position 262 across the window surface 106, the luminous intensity of the display seen from the plurality of optical windows 260 (as shown, right eye position 560 and left eye position 562). ) It may vary depending on the position of the observer 99. It is desirable to achieve a display light intensity variation that is Lambertian, so that the display appears equally bright to each eye of the viewer 99, that is, the brightness of the display is within the range of lateral visual freedom. Is substantially the same. Alternatively, it is desirable to realize a variation in display luminous intensity that lowers the brightness of the off-axis viewing position and realizes the power saving advantage.

光照射器素子15nのアレイ15の素子のそれぞれと光学窓のアレイの光学窓260のそれぞれとの間の移動機能は、アレイ15と窓面106との間に設けられた光学コンポーネントの散乱、拡散、回折、及び結像特質の効果を含むことになる。したがって、複数の光学窓260は、複数の光照射器素子15nの完全な画像ではない。しかし、複数の光学窓260の横方向の位置262は、通常、アレイ15における光照射器素子15nの横方向の位置261に直接関係することになる。   The movement function between each of the elements of the array 15 of the light irradiator elements 15n and each of the optical windows 260 of the array of optical windows is the scattering and diffusion of optical components provided between the array 15 and the window surface 106. , Diffraction, and imaging characteristics effects. Accordingly, the plurality of optical windows 260 is not a complete image of the plurality of light emitter elements 15n. However, the lateral position 262 of the plurality of optical windows 260 will generally be directly related to the lateral position 261 of the light emitter element 15n in the array 15.

したがって、光束コントローラー580は、スケーリングされた光束を制御して、光照射器素子15の入力位置を横方向にして、光束分布における光照射器素子15nのアレイにわたって変動させることができ、これにより、出力方向の角度を有する出力光の光度の変動を表す、所望の配光を生成するが、その例について、以下で説明する。   Thus, the light flux controller 580 can control the scaled light flux to vary the input position of the light illuminator element 15 laterally across the array of light illuminator elements 15n in the light flux distribution, thereby A desired light distribution that represents a change in the luminous intensity of the output light having an angle in the output direction is generated. An example thereof will be described below.

図14Bは、出力方向の角度θに対応する窓面106における視聴位置262に対する出力光の光度264のグラフを示す略図である。配光266は、ランバート性であり、ディスプレイの観察された輝度が、複数の視野窓内の視聴位置500から視聴位置502にかけて一定である一方、視野角θの余弦、よって、ディスプレイにわたる光度が変動し得る際に、変動する光度を有する。   FIG. 14B is a schematic diagram illustrating a graph of the luminous intensity 264 of the output light with respect to the viewing position 262 on the window surface 106 corresponding to the angle θ in the output direction. The light distribution 266 is Lambertian, and the observed brightness of the display is constant from the viewing position 500 to the viewing position 502 in the plurality of viewing windows, while the cosine of the viewing angle θ and thus the light intensity across the display varies. In that it has a varying luminous intensity.

本実施形態においては、ランバートエミッターは、観察者の画角とは独立した表面の同じ外見上の輝度を実現する。したがって、表面は、等方性の輝度(カンデラ毎メートル、又はルーメン毎ステラジアン毎メートルで測定)を有し、光度(カンデラ、又はルーメン毎ステラジアンで測定)264の変動は、理想的な拡散放射器から観測された光度が、観察者の視線と面法線との間の角度θの余弦に正比例するランバートの余弦則に従う。本実施形態において、ランバート性は、例えば、ディスプレイの複数の光学窓の全幅など、画定された角度範囲にわたるディスプレイの発光を説明するのに使用される。したがって、複数の光学窓の幅の外側の窓面における位置にて、配光は、非ランバート性の形で動くことができる。 In this embodiment, the Lambertian emitter achieves the same apparent brightness of the surface independent of the viewer's angle of view. Thus, the surface has isotropic brightness (measured in candela per meter 2 or 2 per lumen radian steradian per meter 2 ), and variations in luminosity (measured in candela or rumen per steradian) 264 are ideal diffusions. The luminous intensity observed from the radiator follows Lambert's cosine law which is directly proportional to the cosine of the angle θ between the observer's line of sight and the surface normal. In this embodiment, Lambertian is used to describe the light emission of a display over a defined angular range, for example, the full width of a plurality of optical windows of the display. Thus, the light distribution can move in a non-Lambertian manner at positions on the window surface outside the width of the plurality of optical windows.

光度は、例えば、SLM 48の中心に対応する点など、通常、バックライト上の点に関して検討される。ディスプレイシステムの輝度(単位面積あたりの光度)は、出力の不均一性により、ディスプレイエリアにわたって変動することができ、単位面積のそれぞれの定められた視野角により、更に変動することになる。   Luminous intensity is typically considered in terms of points on the backlight, such as the point corresponding to the center of the SLM 48. The brightness of the display system (luminosity per unit area) can vary across the display area due to output non-uniformity and will vary further with each defined viewing angle of the unit area.

図14Bは、1より大きいゲインを有する配光272に関する配光を更に示す。より詳細には、配光272は、光束分布の最大値に対応する最大光度を有し、それは、ランバート性である配光266よりも大きく、2つの配光266及び配光272の全パワーは、出力方向500から出力方向502のすべてにわたって同じである。したがって、ピーク光度は、オンアクシスの位置でより大きく、ランバート性である配光266よりも速い速度で低下する。したがって、ディスプレイ輝度は、オフアクシスの視聴位置で低下する。配光272の輝度対配光266のピーク輝度の割合は、ディスプレイシステムのゲインと称することが多い。   FIG. 14B further illustrates the light distribution for light distribution 272 having a gain greater than one. More specifically, the light distribution 272 has a maximum luminous intensity corresponding to the maximum value of the luminous flux distribution, which is larger than the Lambertian light distribution 266, and the total power of the two light distributions 266 and the light distribution 272 is , The same for all of the output directions 500 to 502. Accordingly, the peak luminous intensity is greater at the on-axis position and decreases at a faster rate than the Lambertian light distribution 266. Accordingly, the display brightness is reduced at the off-axis viewing position. The ratio of the luminance of the light distribution 272 to the peak luminance of the light distribution 266 is often referred to as the display system gain.

以下のように、光束コントローラー580は、スケーリングされた光束を制御して、ランバート性である配光266を伴う、又は1より大きいゲインを有する配光272を伴う出力光を提供する光束分布における光照射器素子15nのアレイにわたって変動させることができる。   The light flux controller 580 controls the scaled light flux to provide output light with a light distribution 266 that is Lambertian or with a light distribution 272 that has a gain greater than 1, as follows: It can vary across an array of irradiator elements 15n.

図15Aは、光軸238に関して出力方向の横方向角度θに対応する窓面106における視聴位置262に対する出力光の光度のグラフ、並びに、アレイ15のスケーリングされた光束を調整する方法を示す略図である。配光266及び配光272を示すが、それらのピーク光度は一致しており、これにより、オンアクシスの輝度は一致し、オンアクシスの視聴位置について、ディスプレイは等しく明るく見える。   FIG. 15A is a schematic diagram illustrating the intensity of the output light relative to the viewing position 262 on the window surface 106 corresponding to the lateral angle θ in the output direction with respect to the optical axis 238 and a method for adjusting the scaled luminous flux of the array 15. is there. The light distribution 266 and the light distribution 272 are shown, but their peak intensities are matched so that the on-axis brightness is the same and the display appears equally bright for the on-axis viewing position.

一実施形態において、実質的に同じスケーリングされた光束出力を有するよう、アレイ15の光照射器素子のすべてを制御することにより、ランバート性である配光266を実現することができる。   In one embodiment, a Lambertian light distribution 266 can be achieved by controlling all of the light emitter elements of the array 15 to have substantially the same scaled luminous flux output.

配光272を実現するために、矢印270が示すように、オフアクシスの位置の光度を、配光266と比較して低くすることができる。このことは、以下のように、複数の光照射器素子のスケーリングされた光束を制御して、光束分布の中のアレイ15にわたって変動することにより、実現することができる。   In order to realize the light distribution 272, as indicated by the arrow 270, the light intensity at the off-axis position can be made lower than that of the light distribution 266. This can be achieved by controlling the scaled light flux of the multiple light illuminator elements to vary across the array 15 in the light flux distribution as follows.

図15Bは、光照射器素子のアレイについての光束分布のグラフ、及びアレイ15のスケーリングされた光束を調整する方法を示す略図である。したがって、スケーリングされた光束263を、導波路1の入力端2にわたる横方向の、横方向の位置261に対して描いてもよい。複数の光抽出機構12が反射する導波路1の構築において、スケーリングされた光束263は、一定の光束分布269を有し、ランバート性である配光266を提供する。矢印271は、一定の光束分布269と比較して、光学窓位置262のそれぞれで矢印270に対応する光源のそれぞれについて、スケーリングされた光束の低下を示し、1より大きいゲインを有する配光272を提供する、非線形の光束分布273を得ることができる。したがって、光束分布273は、光束の最大値508を有し、最大値508の両側で減少する。最大値508は、導波路1の光軸と位置合わせされた複数の光照射器素子に関して生じる。一実施形態において、アレイ15の光照射器素子は、制御され、これにより、該光照射器素子のスケーリングされた光束は、非線形の光束分布273に従って変動し、これによって、1より大きいゲインを有する配光272を伴うディスプレイデバイス100を提供する。すなわち、出力光の光度264は、ランバート性である概念的配光266よりも大きい実際の配光272における出力方向の角度262により変動し、すべての出力方向にわたる合計光度が実際の配光272と同じである。   FIG. 15B is a schematic diagram illustrating a graph of the luminous flux distribution for an array of light illuminator elements and a method for adjusting the scaled luminous flux of the array 15. Therefore, the scaled beam 263 may be drawn relative to the lateral position 261 in the lateral direction across the input end 2 of the waveguide 1. In the construction of the waveguide 1 reflected by the plurality of light extraction mechanisms 12, the scaled light beam 263 has a constant light beam distribution 269 and provides a light distribution 266 that is Lambertian. Arrows 271 indicate a reduction in the scaled luminous flux for each of the light sources corresponding to arrow 270 at each of the optical window positions 262, as compared to a constant luminous flux distribution 269, and a light distribution 272 having a gain greater than 1. The provided non-linear luminous flux distribution 273 can be obtained. Therefore, the luminous flux distribution 273 has a maximum luminous flux value 508 and decreases on both sides of the maximum value 508. The maximum value 508 occurs for a plurality of light emitter elements that are aligned with the optical axis of the waveguide 1. In one embodiment, the light emitter elements of the array 15 are controlled so that the scaled light flux of the light emitter elements varies according to the non-linear light flux distribution 273, thereby having a gain greater than one. A display device 100 with a light distribution 272 is provided. That is, the luminous intensity 264 of the output light varies depending on the output direction angle 262 in the actual light distribution 272 that is larger than the Lambertian conceptual light distribution 266, and the total luminous intensity over all output directions is the same as the actual light distribution 272. The same.

図15Cは、図15Bの詳細を示す略図であるが、y軸が、横方向に対して垂直の方向にわたって統合された実際の光束265を描いている。上述のように、入力端2にわたって所与の横方向の位置261における実際の光束265は、横方向に対して垂直、すなわち、z軸に平行の切片において、導波路によって捕捉された光の積分である。光源のそれぞれからのすべての光が、導波路1によって捕捉されると仮定すると、実際の光束265は、z軸における光源の切片の統合された束の出力と同じである。図15Bの詳細293に関して図15Cに示すように、アレイ15の光源は、通常、光源間の隙間と光源内の構造により、横方向(y軸)に、実際の光束265の実質的に不均一な分布を有する。例えば、図50及び図51において説明するように、光源は、青色及び黄色発光領域を有するLEDを含むことができる。入力端2の厚みにわたって統合されたときの、異なる実際の光束265及び色度の横方向の出力は、このように実現することができる。この目的のため、複数の光源は、段階的に配列することができ、これにより、光源数504は、光束分布273を伴うスケーリングされた光束を提供する所与の光束506に関係する。したがって、光束分布273を、単一の光照射器素子15nに関連づけられた横方向の幅にわたって平均された実際の光束265によって提供することができる。動作において、光照射器素子15nは、窓面106において正確に結像されず、これにより、複数の視野窓は、横方向に拡散した重なる複数の光学窓を含むことができる。したがって、光束分布273から配光272への変換は、複数の視野窓26内の隣接する複数の光学窓260の間のブレを更に考慮することができ、所望の配光262を実現するように構成することができる。   FIG. 15C is a schematic diagram showing details of FIG. 15B, but depicting the actual luminous flux 265 with the y-axis integrated over a direction perpendicular to the transverse direction. As described above, the actual light beam 265 at a given lateral position 261 over the input end 2 is integral of the light captured by the waveguide in an intercept perpendicular to the lateral direction, ie parallel to the z-axis. It is. Assuming that all light from each of the light sources is captured by waveguide 1, the actual beam 265 is the same as the output of the integrated bundle of light source intercepts in the z-axis. As shown in FIG. 15C with respect to detail 293 of FIG. 15B, the light sources of the array 15 are typically substantially non-uniform in the lateral direction (y-axis) due to the gap between the light sources and the structure within the light source. Have a good distribution. For example, as illustrated in FIGS. 50 and 51, the light source can include LEDs having blue and yellow light emitting areas. Lateral outputs of different actual luminous flux 265 and chromaticity when integrated over the thickness of the input end 2 can be realized in this way. For this purpose, a plurality of light sources can be arranged in stages, whereby the number of light sources 504 is related to a given light beam 506 that provides a scaled light beam with a light beam distribution 273. Thus, the luminous flux distribution 273 can be provided by the actual luminous flux 265 averaged over the lateral width associated with a single light illuminator element 15n. In operation, the light illuminator element 15n is not accurately imaged at the window surface 106, so that the plurality of viewing windows can include overlapping optical windows diffused laterally. Therefore, the conversion from the light flux distribution 273 to the light distribution 272 can further consider the blur between the plurality of adjacent optical windows 260 in the plurality of field windows 26 so as to realize a desired light distribution 262. Can be configured.

好都合に、ディスプレイの出力輝度をオンアクシスの視聴位置に対して維持することができ、オフアクシスの視聴位置に対して低下させることができる。したがって、ディスプレイの消費電力を、複数の、より不都合な視聴位置に対して低減し、ディスプレイ効率、充電期間を改善し、ディスプレイのコストを低減することができる。   Conveniently, the output brightness of the display can be maintained relative to the on-axis viewing position and can be reduced relative to the off-axis viewing position. Accordingly, the power consumption of the display can be reduced for a plurality of more inconvenient viewing positions, the display efficiency and the charging period can be improved, and the cost of the display can be reduced.

図15Dは、光束分布のグラフ、及び光束分布と位置合わせされた指向性バックライトの正面図を示す略図である。例示の便宜上、横方向の位置261を有するスケーリングされた光束263の光束分布273を、アレイ15の光照射器素子のそれぞれと位置合わせして示す。したがって、光照射器素子514、516は、導波路1の光軸232と位置合わせされた分布273の最大値508を含むスケーリングされた光束510、512のそれぞれを有する。分布273は、501の位置261と、503の位置261との間に設けられる。したがって、束分布の最大値は、導波路の光軸232と位置合わせされた複数の光照射器素子に関するものであり得る。束分布の最大値は、導波路1の光軸232と位置合わせされた複数の光照射器素子514、516に関するものであり得る。好都合に、出力のピーク光度は、光軸232と位置合わせされ得るディスプレイ法線107に対するオンアクシスでもたらされる。したがって、輝度は、1より大きいゲインを有するディスプレイのオンアクシスの位置に対して、最大である。オンアクシスの位置は、通常、望ましい視聴位置であり、特に携帯ディスプレイなどにとって望ましい視聴位置であるため、ディスプレイは、オフアクシスの視聴位置に関して消費電力の低減を実現する一方、最適の視聴条件において最も明るく見える。   FIG. 15D is a schematic diagram showing a graph of luminous flux distribution and a front view of a directional backlight aligned with the luminous flux distribution. For illustrative purposes, a flux distribution 273 of scaled beam 263 having a lateral position 261 is shown aligned with each of the light emitter elements of array 15. Thus, the light illuminator elements 514, 516 each have a scaled luminous flux 510, 512 that includes a maximum value 508 of the distribution 273 aligned with the optical axis 232 of the waveguide 1. The distribution 273 is provided between the position 261 at 501 and the position 261 at 503. Thus, the maximum value of the bundle distribution may be for a plurality of light irradiator elements aligned with the optical axis 232 of the waveguide. The maximum value of the bundle distribution may be for a plurality of light emitter elements 514, 516 aligned with the optical axis 232 of the waveguide 1. Conveniently, the peak luminous intensity of the output is provided on-axis with respect to the display normal 107 which can be aligned with the optical axis 232. Thus, the brightness is maximum for the on-axis position of the display having a gain greater than one. Since the on-axis position is usually the desired viewing position, especially for portable displays and the like, the display achieves a reduction in power consumption with respect to the off-axis viewing position, while at the best viewing conditions. Looks bright.

光束分布の最大値508は、導波路1の光軸232と位置合わせされた光照射器素子514、516に関するものである。このような配列は、光度264の最大値259を実現することができ、これは、導波路1の光軸232と位置合わせされた光学窓のそれぞれについて、あり得る。   The maximum value 508 of the luminous flux distribution relates to the light irradiator elements 514 and 516 aligned with the optical axis 232 of the waveguide 1. Such an arrangement can achieve a maximum value 259 of luminous intensity 264, which can be for each of the optical windows aligned with the optical axis 232 of the waveguide 1.

図15Dの実施形態は、広角2D視聴のための光照射器素子の一配列を示し、つまり、複数の光照射器素子は、継続的に、又は単一のフェーズで動作することができ、空間光変調器48は、単一の2D画像を含むことができる。すべての光照射器素子15nを同時に操作することができるため、センサーシステムを使用しなくても、又は省略してもよい。オフアクシスの視聴位置に関する自動立体モードにおいて増加したディスプレイゲインの節電の利点を提供することが、更に望ましい。   The embodiment of FIG. 15D shows an array of light illuminator elements for wide-angle 2D viewing, ie multiple light illuminator elements can operate continuously or in a single phase, The light modulator 48 can include a single 2D image. Since all the light emitter elements 15n can be operated simultaneously, the sensor system may not be used or may be omitted. It would be further desirable to provide the benefit of increased display gain power savings in autostereoscopic mode for off-axis viewing positions.

図15E〜図15Fは、自動立体ランバート性ディスプレイシステムに関する光束分布のグラフを示す略図である。この場合、スケーリングされた光束は、横方向の位置に対して固定された光束分布の中の光照射器素子15nのアレイにわたって変動するが、ディスプレイデバイスを操作して、一時的に多重化された左右の目の画像を表示するSLM 48、及び左右の目の画像のディスプレイに同期して、観察者の左右の目に対応する位置の複数の視野窓に配向される光によって、上記の自動立体3Dディスプレイを提供する。   15E-15F are schematic diagrams illustrating luminous flux distribution graphs for an autostereoscopic Lambertian display system. In this case, the scaled beam fluctuates across an array of light illuminator elements 15n in a beam distribution fixed relative to the lateral position, but is temporarily multiplexed by manipulating the display device. The above-described autostereoscopic image is generated by light directed to a plurality of viewing windows at positions corresponding to the left and right eyes of the observer in synchronization with the display of the left and right eye images in synchronization with the display of the left and right eye images. A 3D display is provided.

図15Eは、一定の光束分布269を使用して、図14Bに示すように、ランバート性である配光266を提供する例を示す。左目フェーズに関するサブアレイ520、及び右目フェーズにおけるサブアレイ522における複数の光照射器素子の照明から、複数の視野窓26を形成することができる。観察者99の目がオフアクシスで動くと、スケーリングされた光束は、一定の値を有することができ、ディスプレイは、視野角によりランバート性外観(Lambertian appearance)を維持することができる。好都合に、照射される光照射器素子の数は、図15Dの配列と比較して、かなり低減されている。それぞれの目にとっての輝度は、実質的に一定となり、自動立体視聴における深度誤差の外観を低減し、視聴者の快適性を増大する。   FIG. 15E shows an example in which a constant luminous flux distribution 269 is used to provide a light distribution 266 that is Lambertian, as shown in FIG. 14B. A plurality of viewing windows 26 can be formed from illumination of a plurality of light emitter elements in the subarray 520 for the left eye phase and the subarray 522 in the right eye phase. As the observer's 99 eyes move off-axis, the scaled luminous flux can have a constant value and the display can maintain a Lambertian appearance with viewing angle. Advantageously, the number of illuminated illuminator elements is significantly reduced compared to the arrangement of FIG. 15D. The brightness for each eye is substantially constant, reducing the appearance of depth errors in autostereoscopic viewing and increasing viewer comfort.

図15F及び図15Gは、非線形の光束分布273を使用して、1より大きいゲインを有する配光272を提供する例を示す。したがって、複数の光照射器素子を制御して、観察者99の検出された位置に従い、複数の光照射器素子にわたって変動するスケーリングされた光束263を有する光を出力することができる。例えば、図15Fは、観察者の検出された位置を光軸と位置合わせした場合を示し、図15Fは、観察者の検出された位置をオフセットする場合を示す。左右の目に対する複数の光照射器素子のサブアレイ520、522を選択的に操作して、観察者の検出された位置により変化させる。複数の光照射器素子のサブアレイ520、522は、その幅にわたって変動する光度を有し、ゲインを得る。したがって、複数の光照射器素子を制御して、1より大きいゲインを有する配光272における出力光の角度262により変動する出力光の光度264を生成する形で、観察者99の検出された位置に従い、複数の光照射器素子にわたって変動するスケーリングされた光束263を有する光を出力することができる。光照射器素子のすべてを任意のある時間に操作するわけではないため、好都合に、光照射器素子のアレイ15の消費電力を、図15Eの配列と比較して低減する。   FIGS. 15F and 15G illustrate an example of using a non-linear light flux distribution 273 to provide a light distribution 272 having a gain greater than one. Accordingly, a plurality of light illuminator elements can be controlled to output light having a scaled luminous flux 263 that varies across the plurality of light illuminator elements in accordance with the detected position of the observer 99. For example, FIG. 15F shows a case where the position detected by the observer is aligned with the optical axis, and FIG. 15F shows a case where the position detected by the observer is offset. The subarrays 520 and 522 of a plurality of light irradiator elements for the left and right eyes are selectively operated to change according to the detected position of the observer. The plurality of light illuminator element sub-arrays 520, 522 have a light intensity that varies across their width to obtain gain. Thus, the detected position of the observer 99 is controlled in such a way that a plurality of light irradiator elements are controlled to produce an output light intensity 264 that varies with the output light angle 262 in the light distribution 272 having a gain greater than one. Accordingly, light having a scaled luminous flux 263 that varies across a plurality of light emitter elements can be output. Conveniently, the power consumption of the array 15 of light emitter elements is reduced compared to the arrangement of FIG. 15E, since not all of the light emitter elements are operated at any given time.

好都合に、オフアクシスの消費電力を、オンアクシスの位置と比較して低減し、消費電力を更に低減することができる。   Conveniently, the power consumption of the off-axis can be reduced compared to the position of the on-axis, further reducing the power consumption.

図15Hは、1より大きいゲイン及びオフアクシスの視聴位置を有する自動立体ディスプレイシステムに関する光束分布の更なるグラフを示す略図である。本実施形態において、光照射器素子のアレイ520、522は、位置524におけるスケーリングされた光束に一致させることによって示される分布273をトラックするように配列されるが、サブアレイ520及び522にわたって等しい光束線密度を有する。したがって、スケーリングされた光束は、複数の光照射器素子の横方向の位置に対して固定されていないが、観察者の検出された位置に従い変動する、光束分布における光照射器素子15nのアレイにわたって変動する。より詳細には、これは、1より大きいゲインを有する配光272における観察者の検出された位置の角度262により変動する出力光の光度264を生成する形で制御される。   FIG. 15H is a schematic diagram illustrating a further graph of luminous flux distribution for an autostereoscopic display system having a gain greater than 1 and an off-axis viewing position. In this embodiment, the array of illuminator elements 520, 522 is arranged to track a distribution 273 indicated by matching the scaled beam at position 524, but the beam lines are equal across subarrays 520 and 522. Has a density. Thus, the scaled luminous flux is not fixed with respect to the lateral position of the plurality of light emitter elements, but over an array of light emitter elements 15n in the light flux distribution that varies according to the position detected by the observer. fluctuate. More particularly, this is controlled in such a way as to produce an output light intensity 264 that varies with the angle 262 of the detected position of the observer in the light distribution 272 having a gain greater than one.

したがって、左右の目の視野窓は、光度264の分布により構成され、光度のランバート性分布の形で、それぞれの目について、実質的に等しい輝度を実現することができる。ここでも、光照射器素子のすべてを任意のある時間に操作するわけではないため、光照射器素子のアレイ15の消費電力を、図15Eの配列と比較して低減する。オフアクシスの消費電力を、オンアクシスの位置と比較して低減することができ、それぞれの目は、実質的に等しく、自動立体視聴における深度誤差を低減し、視聴者の快適性を増大する、画像輝度を認識することができる。   Accordingly, the left and right eye field windows are constituted by a distribution of luminous intensity 264, and substantially equal luminance can be realized for each eye in the form of a Lambertian distribution of luminous intensity. Again, not all of the light illuminator elements are operated at any given time, so the power consumption of the array 15 of light illuminator elements is reduced compared to the array of FIG. 15E. Off-axis power consumption can be reduced compared to on-axis position, each eye being substantially equal, reducing depth error in autostereoscopic viewing and increasing viewer comfort, Image brightness can be recognized.

図16は、光照射器素子アドレス指定装置を示す略図である。このように、照明コントローラー74は、光照射器素子のアレイに駆動信号を与える駆動ライン244によって、アレイ15の光照射器素子243にアドレス指定するように構成することができる。他の箇所に記述の通り、アレイ15にわたる位置261において、光照射器素子243は、変動するスケーリングされた光束を有することができる。動作において、照明コントローラー74及び制御システムによって、光源243のそれぞれに入る電流を制御することで、スケーリングされた光束の変動を実現することができる。例えば、電流制御又は電圧制御によって、光束分布の制御を実現することができる。更に、ユーザー要求に従い、変動を調整することができ、したがって、ユーザーは、ハイゲイン、低消費電力モードを選択するか、又は広い視野モードを選択することができる。   FIG. 16 is a schematic diagram illustrating a light emitter element addressing device. In this way, the illumination controller 74 can be configured to address the light emitter elements 243 of the array 15 by drive lines 244 that provide drive signals to the array of light emitter elements. As described elsewhere, at a position 261 across the array 15, the light illuminator element 243 may have a varying scaled flux. In operation, scaled luminous flux variations can be achieved by controlling the current entering each of the light sources 243 by the illumination controller 74 and the control system. For example, the light flux distribution can be controlled by current control or voltage control. Furthermore, the variation can be adjusted according to user requirements, so the user can select a high gain, low power consumption mode or a wide viewing mode.

本実施形態において、光照射器素子のアレイ15は、例えば、図13に示すように、導波路1の入力端2において、配列することができ、又は図12に示すように、ウェッジ導波路1104の入力端1103にあることができる。   In this embodiment, the array 15 of light illuminator elements can be arranged, for example, at the input end 2 of the waveguide 1, as shown in FIG. 13, or as shown in FIG. 12, the wedge waveguide 1104. Input terminal 1103.

図17は、上記のように、ディスプレイデバイスを操作して、自動立体3Dディスプレイを設け、スケーリングされた光束が、観察者の検出された位置に従い、光照射器素子15nのアレイにわたって変動する更なる例において、光学窓のアレイ及び光学窓のそれぞれについての光度のグラフを示す略図である。したがって、アレイ15の光照射器素子は、一定のスケーリングされた光束を提供することができ、このような条件の光学システムは、窓面における光度のランバート性プロファイルを実現することができる。アレイ15の光源のそれぞれは、窓面106に光学窓249を設けることができる。左右の目の照明フェーズにおいて、それぞれ、左目視野窓247は、左目光学窓のアレイ530によって設けられ、右目視野窓251は、右目光学窓のアレイ532によって設けられる。左目視野窓247及び右目視野窓251は、観察者の検出された位置に従い、生成される。スケーリングされた光束は、配光267における出力方向の角度により変動する複数の光学窓において、出力光の光度を生成する光束分布に従い、光照射器素子15nのアレイにわたって変動する。これにより、配光266における横方向の観察者の検出された位置の角度により変動する光学窓アレイ530、532に加え、視野窓247、251において出力光の光度を生成する。したがって、実質的にランバート性の出力外観により、ディスプレイデバイス100を実現することができる。したがって、配光266、267は、ランバート性であり得る。本明細書に記述の実施形態において、複数の光学窓から複数の視野窓の同様の形成が提供される。光学窓249のアレイを組み合わせることによって、ランバート性以外の視野窓26に対する異なる配光が、更に提供される。   FIG. 17 shows a further operation of the display device to provide an autostereoscopic 3D display, as described above, where the scaled luminous flux varies across the array of light illuminator elements 15n according to the detected position of the observer. In the example, it is a schematic diagram showing a graph of luminous intensity for each of an array of optical windows and an optical window. Thus, the light illuminator elements of the array 15 can provide a constant scaled luminous flux, and the optical system under such conditions can achieve a lambert property profile of luminous intensity at the window surface. Each of the light sources of the array 15 can be provided with an optical window 249 on the window surface 106. In the left and right eye illumination phases, the left eye viewing window 247 is provided by an array of left eye optical windows 530 and the right eye viewing window 251 is provided by an array of right eye optical windows 532, respectively. The left eye field window 247 and the right eye field window 251 are generated according to the detected position of the observer. The scaled light flux fluctuates across the array of light irradiator elements 15n according to the light flux distribution that generates the luminous intensity of the output light in a plurality of optical windows that fluctuate depending on the angle of the output direction in the light distribution 267. Thereby, the luminous intensity of the output light is generated in the field windows 247 and 251 in addition to the optical window arrays 530 and 532 that vary depending on the angle of the detected position of the observer in the horizontal direction in the light distribution 266. Therefore, the display device 100 can be realized with a substantially Lambertian output appearance. Accordingly, the light distributions 266, 267 can be Lambertian. In the embodiments described herein, a similar formation of a plurality of viewing windows is provided from a plurality of optical windows. By combining an array of optical windows 249, different light distributions to the viewing window 26 other than Lambertian are further provided.

図18は、導波路1の別の構造において、アレイ15における複数の光照射器素子の均一な光度を含む導波路1のための視聴位置262に対する光学窓光度264のグラフを示す略図である。上記の実施形態では、光束分布269について、実質的にランバート性の配光266が実現されることを想定している。図19A〜図19Bを参照して説明するように、導波路1の実施形態において、導波路1によって、非ランバート性動作を示すことができる。特に、ホーン型の機構540、542を含む導波路1によって、配光268を実現することができる。したがって、一致したオンアクシスの光度507について、オフアクシスの光度は、ランバート性出力光エミッタンス分布266が提供するものよりも実質的に高く、つまり、ディスプレイの輝度は、いくつかのオフアクシスの視聴位置に対して増大し得る。配光268の補正によって2Dモードで動作するとき、光照射器素子のアレイ15における消費電力を低減することが望ましい。   FIG. 18 is a schematic diagram illustrating a graph of optical window intensity 264 versus viewing position 262 for waveguide 1 that includes the uniform intensity of a plurality of light emitter elements in array 15 in another structure of waveguide 1. In the above embodiment, it is assumed that a substantially Lambertian light distribution 266 is realized for the light flux distribution 269. As described with reference to FIGS. 19A to 19B, in the embodiment of the waveguide 1, the waveguide 1 can exhibit a non-Lambertian operation. In particular, the light distribution 268 can be realized by the waveguide 1 including the horn type mechanisms 540 and 542. Thus, for a matched on-axis intensity 507, the off-axis intensity is substantially higher than that provided by the Lambertian output light emittance distribution 266, that is, the display brightness can be reduced to several off-axis viewing positions. Can be increased. When operating in 2D mode by correcting the light distribution 268, it is desirable to reduce the power consumption in the array 15 of light emitter elements.

図19Aは、光抽出機構12が反射しないかわりに、TIRによって光を反射する代替の構造の導波路1の光抽出機構に向けた第1の方向で入射する光線の斜視図を示す略図である。導波路1の表面8は、複数の中間領域10と、本明細書において複数の光抽出ファセットと称する場合もある複数の光抽出機構12と、を含むことができる。機構12に対する法線304に対する角度307における、複数の機構10に平行なオンアクシスの光線300は、光線302に沿った機構12における内部全反射によって反射される。しかし、複数の機構12の表面法線304に対してより小さい角度307の光線300と同じx−z面に残る光線301を、光線305に伝えることができる。したがって、光線305は、出力配光から失われ得る。   FIG. 19A is a schematic diagram showing a perspective view of light rays incident in a first direction toward the light extraction mechanism of the waveguide 1 of an alternative structure that reflects light by TIR, instead of the light extraction mechanism 12 not reflecting. . The surface 8 of the waveguide 1 can include a plurality of intermediate regions 10 and a plurality of light extraction mechanisms 12, sometimes referred to herein as a plurality of light extraction facets. An on-axis ray 300 parallel to the plurality of features 10 at an angle 307 to the normal 304 to the feature 12 is reflected by total internal reflection at the feature 12 along the ray 302. However, the light ray 301 remaining in the same xz plane as the light ray 300 at a smaller angle 307 with respect to the surface normal 304 of the plurality of mechanisms 12 can be transmitted to the light ray 305. Thus, the ray 305 can be lost from the output light distribution.

図19Bは、図19Aと同じ構造の導波路1の光抽出機構への第2の方向に入射した光線の斜視図を示す略図である。オフアクシスの光線308は、オフアクシスのアレイ15の光照射器素子によって提供することができ、x−y面のオンアクシスの光線に角度308で入射する。機構12によって伝えられるであろうオンアクシスの入射に対する光線309は、角度307よりも大きな分解角度を有し、したがって、機構12において内部全反射を経る法線304に対する角度312で入射する。したがって、光線311は、伝達されるよりも、むしろ反射される。このことは、機構12によって反射された出力光の光束が、入力光の光束の一部として、異なる光照射器素子15nに対して変動することを意味する。このことは、窓面のオフアクシスの位置262のそれぞれにおける光度264の増大に寄与し、ホーン型機構540、542を生成する。以下のように、制御システムは、複数の光照射器素子を制御して、複数のファセットによって反射された出力光の光束におけるこの変動を補正する形で、光照射器素子のアレイにわたって変動するスケーリングされた光束を有する光を出力するように構成されている。   FIG. 19B is a schematic diagram showing a perspective view of a light beam incident in a second direction on the light extraction mechanism of the waveguide 1 having the same structure as FIG. 19A. Off-axis rays 308 can be provided by the light emitter elements of the off-axis array 15 and are incident at an angle 308 on the on-axis rays in the xy plane. The ray 309 for on-axis incidence that would be transmitted by the mechanism 12 has a resolution angle greater than the angle 307 and thus is incident at an angle 312 with respect to the normal 304 that undergoes total internal reflection at the mechanism 12. Thus, ray 311 is reflected rather than transmitted. This means that the light flux of the output light reflected by the mechanism 12 varies as a part of the light flux of the input light with respect to the different light irradiator elements 15n. This contributes to an increase in luminous intensity 264 at each off-axis position 262 of the window surface, creating horn-type mechanisms 540, 542. The control system scales varying across the array of light emitter elements in a manner that controls the light emitter elements to compensate for this variation in the output light flux reflected by the facets, as follows: It is configured to output light having the light flux.

図20Aは、導波路の窓面の視聴位置に対する光学窓光度のグラフ、及び複数の光照射器素子15nのスケーリングされた光束を調整する方法を示す略図である。ランバート性である配光266を実現するために、配光を矢印270に示すように修正することができる。このことは、以下のように、複数の光照射器素子15nのスケーリングされた光束を制御して、光束分布におけるアレイ15にわたって変動することによって、実現することができる。   FIG. 20A is a schematic diagram showing a graph of optical window intensity versus viewing position on the window face of the waveguide and a method for adjusting the scaled luminous flux of multiple light irradiator elements 15n. In order to achieve a light distribution 266 that is Lambertian, the light distribution can be modified as shown by arrows 270. This can be achieved by controlling the scaled light flux of the plurality of light illuminator elements 15n to vary across the array 15 in the light flux distribution as follows.

図20Bは、光照射器素子のアレイに関する光束分布のグラフ、及び導波路1に対する複数の光照射器素子15nのスケーリングされた光束を調整する方法を示す略図である。矢印271は、光学窓位置262のそれぞれにおいて矢印270に対応する光源のそれぞれについて、一定の光束分布269と比較した、スケーリングされた光束の低下を示し、ランバート性である配光266を提供する非線形の光束分布277に到達する。したがって、同等の位置262、261のそれぞれ、及び光束分布277について、矢印270の長さに比例して同等の長さを有し得る矢印271を提供することができる。したがって、光束分布277は、光束の最大値508を有し、アレイ15にわたって提供された、最大値508の両側で減少する。最大値508は、導波路1の光軸と位置合わせされた複数の光照射器素子に関して生じる。光束分布277は、「逆ホーン型」機構544、546も有しており、配光268におけるホーン型機構を補正する。   FIG. 20B is a schematic diagram illustrating a graph of the luminous flux distribution for an array of light illuminator elements and a method for adjusting the scaled light flux of a plurality of light illuminator elements 15 n relative to the waveguide 1. Arrows 271 indicate a reduced scaled luminous flux compared to a constant luminous flux distribution 269 for each of the light sources corresponding to arrow 270 at each of the optical window positions 262 and provide a light distribution 266 that is Lambertian. Reaches a luminous flux distribution 277 of. Therefore, for each of the equivalent positions 262 and 261 and the luminous flux distribution 277, an arrow 271 that can have an equivalent length in proportion to the length of the arrow 270 can be provided. Thus, the luminous flux distribution 277 has a luminous flux maximum 508 and decreases on either side of the maximum 508 provided across the array 15. The maximum value 508 occurs for a plurality of light emitter elements that are aligned with the optical axis of the waveguide 1. The luminous flux distribution 277 also has “reverse horn type” mechanisms 544, 546 to correct the horn type mechanism in the light distribution 268.

更に、図13の観察者トラッキング構成と組み合わせて、観察者99から見えない、複数の光学窓に対応するアレイ15の光照射器素子を消して、好都合に消費電力を低減することができ、したがって、光照射器素子を、制御して、ランバート性である配光266における、観察者99の検出された位置の角度262により変動する出力光の光度264を生成する形で、観察者99の検出された位置に従い、複数の光照射器素子にわたって変動するスケーリングされた光束263を有する光を出力することができる。   Further, in combination with the observer tracking configuration of FIG. 13, the light illuminator elements of the array 15 corresponding to the plurality of optical windows that are not visible to the observer 99 can be turned off, advantageously reducing power consumption, and thus The detection of the observer 99 in the form of controlling the light illuminator element to produce a luminous intensity 264 of the output light that varies with the angle 262 of the detected position of the observer 99 in the Lambertian light distribution 266. Light with a scaled luminous flux 263 that varies across multiple light illuminator elements can be output according to the determined position.

好都合に、導波路1の非ランバート性光度出力を補正して、ディスプレイの視野角にわたって、実質的に均一な輝度を実現することができる。   Advantageously, the non-Lambertian luminous output of the waveguide 1 can be corrected to achieve a substantially uniform brightness across the viewing angle of the display.

図21Aは、導波路の窓面の視聴位置に対する光学窓光度のグラフ、及び複数の光照射器素子15nのスケーリングされた光束を調整する方法を示す略図である。別の実施形態において、配光268を調整して、1より大きいゲインを有する配光272を実現することができる。より詳細には、矢印270に示す通り、配光を修正することができる。このことは、以下のように、複数の光照射器素子のスケーリングされた光束を制御して、光束分布の中のアレイ15にわたって変動することにより、実現することができる。   FIG. 21A is a schematic diagram illustrating a graph of optical window luminous intensity versus viewing position on a window surface of a waveguide and a method for adjusting the scaled luminous flux of multiple light irradiator elements 15n. In another embodiment, the light distribution 268 can be adjusted to achieve a light distribution 272 having a gain greater than one. More specifically, the light distribution can be corrected as indicated by arrow 270. This can be achieved by controlling the scaled light flux of the multiple light illuminator elements to vary across the array 15 in the light flux distribution as follows.

図21Bは、光照射器素子のアレイに関する光束分布のグラフ、及び導波路1に対する複数の光照射器素子15nのスケーリングされた光束を調整する方法を示す略図である。したがって、図20Bについて説明したのと同様の形で、光束分布275を実現することができる。矢印271は、一定の光束分布269と比較して、光学窓位置262のそれぞれで矢印270に対応する光源のそれぞれについて、スケーリングされた光束の低下を示し、1より大きいゲインを有する配光272をもたらす、非線形の光束分布275に到達する。したがって、光束分布275は、スケーリングされた光束の最大値508を有し、アレイ15にわたって提供された、最大値508の両側で減少する。最大値508は、導波路1の光軸と位置合わせされた複数の光照射器素子に関して生じる。光束分布277は、「逆ホーン型」機構544、546も有しており、配光268におけるホーン型機構を補正する。   FIG. 21B is a schematic diagram illustrating a graph of luminous flux distribution for an array of light illuminator elements and a method for adjusting the scaled light flux of a plurality of light illuminator elements 15 n relative to waveguide 1. Therefore, the light flux distribution 275 can be realized in the same manner as described with reference to FIG. 20B. Arrows 271 indicate a reduction in the scaled luminous flux for each of the light sources corresponding to arrow 270 at each of the optical window positions 262, as compared to a constant luminous flux distribution 269, and a light distribution 272 having a gain greater than 1. The resulting non-linear luminous flux distribution 275 is reached. Thus, the luminous flux distribution 275 has a scaled luminous flux maximum 508 and decreases on either side of the maximum 508 provided across the array 15. The maximum value 508 occurs for a plurality of light emitter elements that are aligned with the optical axis of the waveguide 1. The luminous flux distribution 277 also has “reverse horn type” mechanisms 544, 546 to correct the horn type mechanism in the light distribution 268.

更に、アレイ15は、分布550が示すように変動する一定の駆動電流のための光束分布を含むことができる。矢印271が示す補正を適用する前の分布550の知識によって、非線形の光束分布275により説明されるスケーリングされた光束を補正する間、このような変動を除去することができる。したがって、曲線272下の合計光度は、曲線266下の合計光度と同じであり得る。   Furthermore, the array 15 can include a light flux distribution for a constant drive current that varies as the distribution 550 indicates. With knowledge of the distribution 550 before applying the correction indicated by the arrow 271, such variations can be removed while correcting the scaled light flux described by the non-linear light flux distribution 275. Thus, the total luminous intensity under curve 272 may be the same as the total luminous intensity under curve 266.

一実施形態において、アレイ15の光照射器素子は、制御され、これにより、該光照射器素子のスケーリングされた光束は、非線形の光束分布273に従って変動し、これによって、1より大きいゲインを有する配光272を伴うディスプレイデバイス100を提供する。すなわち、出力光の光度264は、ランバート性である概念的配光266よりも大きい実際の配光272における出力方向の角度262により変動し、すべての出力方向にわたる合計光度が実際の配光272と同じである。   In one embodiment, the light emitter elements of the array 15 are controlled so that the scaled light flux of the light emitter elements varies according to the non-linear light flux distribution 273, thereby having a gain greater than one. A display device 100 with a light distribution 272 is provided. That is, the luminous intensity 264 of the output light varies depending on the output direction angle 262 in the actual light distribution 272 that is larger than the Lambertian conceptual light distribution 266, and the total luminous intensity over all output directions is the same as the actual light distribution 272. The same.

例示的実施形態において、それぞれが、空気中で配列された光照射器素子のランバート性分布において、16ルーメン毎ステラジアンのCWモードの光出力を実現することができる、86個の光照射器素子のアレイ15を含む導波路1により、39.6cm(15.6")の空間光変調器を照射することができる。光束分布269が提供された場合、このような光照射器素子のそれぞれを350mWの電力で駆動して、30Wの合計アレイ消費電力を実現することができる。同じオンアクシスの光度(したがって、輝度)について、また、配光272を光度に、したがって、分布275と同様の光束分布に適用することで、アレイ15の合計消費電力を16Wに低減することができる。自動立体動作モードにおいて、例えば、25%の使用率、及び50%の電流オーバードライブにより、複数の光照射器素子をパルスモードで動作させると、複数の光照射器素子は、CWモードと比較して、実質的に50%の合計輝度を有することができる。2D及び3Dのオンアクシスの光度を一致させることにより、アレイ15の合計消費電力を8Wに低減することができる。   In an exemplary embodiment, 86 light emitter elements each capable of achieving a CW mode light output of 16 lumens per steradian in a Lambertian distribution of light emitter elements arranged in air. A 15.6 "spatial light modulator can be illuminated by the waveguide 1 including the array 15. When a luminous flux distribution 269 is provided, each such light emitter element is 350 mW. To achieve a total array power consumption of 30 W. For the same on-axis luminosity (and hence brightness), and for the light distribution 272 to luminosity and therefore to a luminous flux distribution similar to distribution 275 To reduce the total power consumption of the array 15 to 16 W. In the autostereoscopic operation mode, for example, a usage rate of 25%, When the plurality of light irradiator elements are operated in a pulse mode with a current overdrive of 50%, the plurality of light irradiator elements may have a total luminance of substantially 50% compared to the CW mode. By matching the 2D and 3D on-axis intensities, the total power consumption of the array 15 can be reduced to 8W.

図22は、ディスプレイデバイスを操作して、上記の自動立体3Dディスプレイを提供する例における、横方向の出力光の角度に対応する、窓面の視聴位置に対する光学窓光度のグラフ、及び左右の目の照明フェーズについて光照射器素子15nのスケーリングされた光束を調整する方法を示す略図である。   FIG. 22 is a graph of the optical window luminous intensity with respect to the viewing position of the window surface corresponding to the angle of the output light in the horizontal direction, and the left and right eyes in the example in which the display device is operated to provide the above-described autostereoscopic 3D display. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a method of adjusting the scaled luminous flux of the light illuminator element 15n for the illumination phase of FIG.

図22において、1より大きいゲインに対する配光272には、印が付けられ、左目560及び右目562の位置には、様々な視聴位置の観察者99について印が付けられている。光軸の右に動く観察者99について、左目の位置は、配光272を追うことが示されている。等しいディスプレイ輝度について、ディスプレイは、ランバート性である観察者の左右の目の間の光度の違いを実現しなければならない。したがって、ランバート性の配光266は、左目560を通過して、窓面106の位置262にわたる右目の位置562において所望の光度564を提供するように構成することができる。したがって、点564を右目に対する窓面にわたって補間して、右目配光280を提供することができる。光軸の左に動く観察者99について、右目は、配光272を追うことができ、一方、左目は、同様に配光282を提供することができる。   In FIG. 22, the light distribution 272 for a gain greater than 1 is marked, and the positions of the left eye 560 and the right eye 562 are marked for the observer 99 at various viewing positions. For the observer 99 moving to the right of the optical axis, the position of the left eye is shown following the light distribution 272. For equal display brightness, the display must realize a luminosity difference between the left and right eyes of the observer that is Lambertian. Accordingly, the Lambertian light distribution 266 can be configured to provide the desired intensity 564 at the right eye position 562 across the position 262 of the window surface 106 through the left eye 560. Accordingly, the point 564 can be interpolated across the window surface for the right eye to provide the right eye light distribution 280. For an observer 99 moving to the left of the optical axis, the right eye can follow the light distribution 272, while the left eye can provide the light distribution 282 as well.

図23Aは、導波路1の窓面の視聴位置に対する光学窓光度のグラフ、及び右目照明フェーズについて複数の光照射器素子15nのスケーリングされた光束を調整する方法を示す略図である。したがって、矢印が示す補正の後、右目562について、導波路配光268を修正して、配光272を光軸の左の位置に、配光280を光軸の右にすることができる。同様に、左目560について、導波路配光268を修正して、配光272を光軸の右の位置に、配光282を光軸の左にすることができる。以下のように、このことは、複数の光照射器素子15nのスケーリングされた光束を制御して、観察者の検出された位置に従い、また、出力光が左又は右の画像のいずれによって変調されるかに従い、アレイ15にわたって変動することにより実現することができる。   FIG. 23A is a schematic diagram showing a graph of optical window luminous intensity versus viewing position on the window surface of waveguide 1 and a method of adjusting the scaled luminous flux of multiple light illuminator elements 15n for the right eye illumination phase. Therefore, after the correction indicated by the arrow, for the right eye 562, the waveguide light distribution 268 can be corrected so that the light distribution 272 is on the left side of the optical axis and the light distribution 280 is on the right side of the optical axis. Similarly, for the left eye 560, the waveguide light distribution 268 can be modified to place the light distribution 272 to the right of the optical axis and the light distribution 282 to the left of the optical axis. This controls the scaled luminous flux of the multiple light illuminator elements 15n as follows, according to the position detected by the observer, and the output light is modulated by either the left or right image. It can be realized by varying over the array 15 accordingly.

図23Bは、左右の目の照明フェーズについての光照射器素子のアレイに関する光束分布のグラフ、及び右目の照明フェーズについて導波路1に関する複数の光照射器素子15nのスケーリングされた光束を調整する方法を示す略図である。したがって、右目光束分布279は、左目光束分布281と異なる場合もある。矢印271は、一定の光束分布269と比較して、光学窓位置262のそれぞれで矢印270に対応する光源のそれぞれについて、スケーリングされた光束における低下を示し、出力光が右画像によって変調されると、右目光束分布279に到達し、出力光が左画像によって変調されると、左目光束分布281に到達する。   FIG. 23B is a graph of luminous flux distribution for an array of light illuminator elements for the left and right eye illumination phases, and a method for adjusting the scaled light flux of a plurality of light illuminator elements 15n for waveguide 1 for the right eye illumination phase. FIG. Therefore, the right eye light flux distribution 279 may be different from the left eye light flux distribution 281. Arrow 271 indicates a decrease in the scaled luminous flux for each of the light sources corresponding to arrow 270 at each of the optical window positions 262 as compared to a constant luminous flux distribution 269, when the output light is modulated by the right image. When the right eye light flux distribution 279 is reached and the output light is modulated by the left image, the left eye light flux distribution 281 is reached.

好都合に、左右の目の間に等しい輝度を保ち、したがって、ディスプレイ輝度を改善しつつ、アレイ15の消費電力を、2Dモードにおいて実質的に低減することができる。同様に、自動立体ディスプレイ、プライバシーディスプレイ、又は高効率2Dモードディスプレイのための観察者トラッキングディスプレイは、左右の目の画像についてディスプレイの快適な輝度特質を維持しつつ、低消費電力を実現することができる。   Advantageously, the power consumption of the array 15 can be substantially reduced in the 2D mode while maintaining equal brightness between the left and right eyes, thus improving display brightness. Similarly, an observer tracking display for an autostereoscopic display, a privacy display, or a high-efficiency 2D mode display can achieve low power consumption while maintaining the comfortable brightness characteristics of the display for left and right eye images. it can.

上記の例において、スケーリングされた光束の制御により、ランバート性である配光266、又は1より大きいゲインを有する配光272を提供することができる。しかし、これは限定的ではなく、スケーリングされた光束を制御して、他の形状の配光を提供することができる。ここで、いくつかの例を示す。   In the above example, a light distribution 266 that is Lambertian or a light distribution 272 having a gain greater than 1 can be provided by controlling the scaled luminous flux. However, this is not limiting and the scaled luminous flux can be controlled to provide other shapes of light distribution. Here are some examples.

図24は、出力方向の角度に対応する導波路1の窓面における視聴位置に対する光学窓光度のグラフを示す略図である。配光を更に修正することが望ましい場合もあり、例えば、オンアクシスの位置の近くでランバート性動作(Lambertian behaviour)の領域を広くするが、オフアクシスの位置において、配光272と比較して配光274の傾斜を増加させる。好都合に、ディスプレイは、実質的にランバート性動作をオンアクシスで有することができ、オフアクシスの視聴の低消費電力を実現しつつ、オフアクシスの視聴について十分な光を有することができる。   FIG. 24 is a schematic diagram showing a graph of the optical window luminous intensity with respect to the viewing position on the window surface of the waveguide 1 corresponding to the angle in the output direction. It may be desirable to further modify the light distribution, for example, widen the area of Lambertian behavior near the location of the on-axis, but in the off-axis location compared to the light distribution 272. Increasing the slope of the light 274. Conveniently, the display can have substantially lambertian operation on-axis, and can have sufficient light for off-axis viewing while achieving low power consumption for off-axis viewing.

図25は、出力方向の角度に対応する導波路1の窓面における視聴位置に対する光学窓光度の更なるグラフを示す略図である。したがって、配光276は、非常に狭い中央領域を有し、背景照明のプロファイル(background illumination profile)へ急下降し得る。   FIG. 25 is a schematic diagram showing a further graph of the optical window luminous intensity with respect to the viewing position on the window surface of the waveguide 1 corresponding to the angle in the output direction. Thus, the light distribution 276 has a very narrow central area and can plummet to a background illumination profile.

例えば、ユーザー選択、又は、例えば、図13に示す光束コントローラー580を用いた制御システムによる自動選択によって、配光266、272、274又は276を制御することができる。好都合に、ディスプレイの特質を修正して、電池残量、プライバシー要件、複数の視聴者、ディスプレイの明るさ環境、ユーザー経験、及び他のユーザー要件に合わせることができる。   For example, the light distribution 266, 272, 274, or 276 can be controlled by user selection or automatic selection by a control system using, for example, the light flux controller 580 shown in FIG. Conveniently, the display characteristics can be modified to match battery level, privacy requirements, multiple viewers, display brightness environment, user experience, and other user requirements.

図26Aは、出力方向の角度に対応する導波路1の窓面における視聴位置に対する光学窓光度の更なるグラフを示す略図であり、図26Bは、光源の効率低下を補正する、光照射器素子のアレイに関する光束分布のグラフを示す略図である。窒化ガリウム青色エミッター及び黄色蛍光体を含むLEDなどの光照射器素子は、スケーリングされた光束及び色度が使用により変動し得る経時変化を経てもよい。より詳細には、光束発散度において不均一な効率低下をもたらし得る複数のオフアクシスの光照射器素子よりも頻繁に、複数のオンアクシスの光照射器素子を使用することができる。光照射器素子のそれぞれからのスケーリングされた光束の分布279が示すように、このような誤差を補正することができる。好都合に、デバイスの寿命がある間、ディスプレイの輝度分布を維持することができる。   FIG. 26A is a schematic diagram showing a further graph of the optical window luminous intensity versus viewing position on the window surface of the waveguide 1 corresponding to the angle of the output direction, and FIG. 26B is a light irradiator element that corrects the efficiency degradation of the light source. 2 is a schematic diagram showing a graph of luminous flux distribution with respect to the array. Light illuminator elements such as LEDs including gallium nitride blue emitters and yellow phosphors may undergo aging that can vary with use in scaled luminous flux and chromaticity. More specifically, a plurality of on-axis light irradiator elements can be used more frequently than a plurality of off-axis light irradiator elements that can result in non-uniform efficiency degradation in luminous flux divergence. Such errors can be corrected as shown by the scaled luminous flux distribution 279 from each of the light illuminator elements. Conveniently, the brightness distribution of the display can be maintained for the lifetime of the device.

図27Aは、横長モードの指向性ディスプレイ装置の正面図を示す略図である。したがって、ディスプレイ290は、複数の垂直の視野窓292を提供することができる。図27Bは、縦長モードの指向性ディスプレイ装置の正面図を示す略図である。したがって、ディスプレイ290を回転させると、このようなディスプレイをプライバシーモード又はグリーンモードで使用した場合に、複数の視野窓292は、水平になり、図27Cに示すように、配光を調整することが望ましい場合もある。図27Cは、図27Bの構成のための導波路1の窓面における視聴位置に対する光学窓光度の更なるグラフを示す略図である。したがって、配光294を、オンアクシスの位置からオフセットして、好ましい垂直視聴位置に対して高度な明るさを実現する一方、他の視野角について低消費電力を実現しつつ、可視のディスプレイを維持することができる。   FIG. 27A is a schematic diagram showing a front view of a directional display device in landscape mode. Accordingly, display 290 can provide a plurality of vertical viewing windows 292. FIG. 27B is a schematic diagram showing a front view of the directional display device in the portrait mode. Therefore, when the display 290 is rotated, when such a display is used in the privacy mode or the green mode, the plurality of viewing windows 292 become horizontal, and the light distribution can be adjusted as shown in FIG. 27C. It may be desirable. FIG. 27C is a schematic diagram illustrating a further graph of optical window intensity versus viewing position on the window surface of waveguide 1 for the configuration of FIG. 27B. Therefore, the light distribution 294 is offset from the on-axis position to achieve high brightness for the preferred vertical viewing position, while maintaining low power consumption for other viewing angles while maintaining a visible display can do.

図28は、導波路1から同じ距離の横方向に対して垂直の(以下、「垂直」という)、かつ/又は導波路1の第1のガイド表面に対する法線に沿った、方向の、観察者の動きに関する導波路1及び視野窓26の側面図を示す略図である。図29は、図28の観察者の動きによる、光照射器素子のアレイ15に関する光束分布のグラフ、及び導波路1に対する複数の光照射器素子15nのスケーリングされた光束を調整する方法を示す略図である。この場合、上記のセンサーシステムが検出した観察者の位置に従って、スケーリングされた光束を制御して、横方向の観察者の検出された位置の角度により変動し、観察者の垂直位置及び/又は導波路1の第1のガイド表面に対する法線に沿った観察者の位置によっても変動する、出力光の光度を提供する。第1の実施形態において、垂直視聴位置601、603、605について、光束分布600、602、604のそれぞれを提供することができる。好都合に、観察者が、好ましい垂直視聴位置から離れると、それに従い、出力光束分布を調整することができる。ここで、分布600、602、604のプロファイルが、異なる形状であるものとして示し、分布の形状を修正して、例えば、好ましい垂直視野角に対する高品質のランバート性出力を実現することができるが、異なる視野角に対するゲイン性能がより高いため、これらの方向からの視聴について節電する。同様に、窓面106から離れる面607に向けての視聴者の動きを利用して、アレイ15にわたる光束分布を修正することができる。   FIG. 28 shows an observation of the direction perpendicular to the lateral direction at the same distance from the waveguide 1 (hereinafter referred to as “vertical”) and / or along the normal to the first guide surface of the waveguide 1. 1 is a schematic diagram showing a side view of a waveguide 1 and a viewing window 26 relating to a person's movement. FIG. 29 is a schematic diagram illustrating a graph of the luminous flux distribution for the array 15 of light illuminator elements and the method for adjusting the scaled light flux of the plurality of light illuminator elements 15n relative to the waveguide 1 according to the observer movement of FIG. It is. In this case, the scaled luminous flux is controlled according to the position of the observer detected by the sensor system, and varies according to the angle of the detected position of the observer in the lateral direction. The luminous intensity of the output light, which also varies depending on the position of the observer along the normal to the first guide surface of the waveguide 1, is provided. In the first embodiment, the luminous flux distributions 600, 602, and 604 can be provided for the vertical viewing positions 601, 603, and 605, respectively. Conveniently, the output light flux distribution can be adjusted accordingly when the observer leaves the preferred vertical viewing position. Here, the profiles of distributions 600, 602, 604 are shown as having different shapes, and the distribution shape can be modified to achieve, for example, a high quality Lambertian output for a preferred vertical viewing angle, Since gain performance for different viewing angles is higher, power is saved for viewing from these directions. Similarly, the viewer's movement towards the surface 607 away from the window surface 106 can be used to correct the light flux distribution across the array 15.

観察者トラッキングディスプレイは、動く観察者について画像ちらつきが問題になる場合がある。ほぼ窓面にいる観察者にとって、ディスプレイ全体において、窓面における統合された光学窓アレイ121の不均一性により、強度を同時に変化させ得る。観察者が窓面から離れた場合、又は照明システム出力が常軌を逸した場合、ディスプレイ表面の様々な領域が、様々な量だけちらつくように見える。トラッキング及び照明ステアリングシステムが協働して、動く観察者に対するちらつきを除去することが望ましく、このことは、認識された強度の変動の振幅を低減することによって、実現することができる。   In an observer tracking display, image flicker may be a problem for a moving observer. For an observer who is substantially at the window surface, the intensity can be changed simultaneously in the entire display due to the non-uniformity of the integrated optical window array 121 at the window surface. If the observer moves away from the window surface, or if the illumination system output is out of order, different areas of the display surface will appear to flicker by different amounts. It is desirable for the tracking and illumination steering system to cooperate to eliminate flicker for moving observers, which can be achieved by reducing the amplitude of the perceived intensity variation.

例えば、照射されていない光学窓に向けて動く目は、ディスプレイ上で大きな強度の変動を見る場合がある。動きの前に、この窓の強度を高めることが望ましく、これにより、フリッカーアーティファクト(flicker artefact)を低減することができる。しかし、複数の光学窓の強度、特に観察者の目の間に位置する眼間の複数の光学窓の強度を高めると、画像クロストークを増やす場合があり、3Dの画質を劣化させる場合がある。観察者が実質的に静止しているとき、低いクロストークが望ましいとき、及び観察者が動いているとき、低いちらつきが望ましいときに窓強度を更に高めると、結果としてフリッカーアーティファクトが加わることになり得る。   For example, an eye moving towards an unilluminated optical window may see large intensity fluctuations on the display. It is desirable to increase the strength of this window prior to movement, which can reduce flicker artefact. However, when the strength of the plurality of optical windows, particularly the strength of the plurality of optical windows between the eyes located between the eyes of the observer, is increased, image crosstalk may be increased, and 3D image quality may be degraded. . Increasing the window strength further when the observer is substantially stationary, when low crosstalk is desired, and when the observer is moving, when low flicker is desired, results in additional flicker artifacts. obtain.

図30は、ディスプレイデバイスを操作して、上記の自動立体3Dディスプレイを提供する例において、視聴位置の間で観察者が移動する間の視野窓の配列を示す略図である。更に、図30は、観察者が動く間の、画像クロストークの低減を実質的に維持しつつ、ディスプレイのちらつきを低減するように配列された、光学窓のアレイ721の他の切り替え配列を示す。   FIG. 30 is a schematic diagram showing an arrangement of viewing windows while an observer moves between viewing positions in an example in which a display device is operated to provide the above-described autostereoscopic 3D display. Further, FIG. 30 shows another switching arrangement of the optical window array 721 arranged to reduce display flicker while substantially reducing image crosstalk while the viewer is moving. .

図30において、複数の光照射器素子15nを制御して、観察者の検出された位置に従い、観察者の左右の目に対応する位置において、それぞれが、複数の光学窓を含む左視野窓730及び右視野窓732に、光を配向する。本例において、左視野窓730と右視野窓732との間に1つの光学窓の隙間があるが、あるいは、隙間がなくてもよく、又は隙間が大きくてもよい。本例において、左視野窓730及び右視野窓732のそれぞれは、5つの光学窓を含むが、一般的に、視野窓は、任意の数の光学窓を含み得る。   In FIG. 30, a plurality of light irradiator elements 15n are controlled, and a left visual field window 730 including a plurality of optical windows respectively at positions corresponding to the left and right eyes of the observer according to the positions detected by the observer. And direct light into the right viewing window 732. In this example, there is a gap of one optical window between the left visual window 730 and the right visual window 732, or there may be no gap or the gap may be large. In this example, each of the left viewing window 730 and the right viewing window 732 includes five optical windows, but in general, the viewing window may include any number of optical windows.

視野窓が、少なくとも2つの光学窓を含む場合、複数の光照射器素子15nを制御して、左視野窓730及び右視野窓732のそれぞれにわたって変動するスケーリングされた光束を有する光を出力することができる。図30の例において、左視野窓730及び右視野窓732のそれぞれにわたってスケーリングされた光束の分布は、以下の通りである。   If the viewing window includes at least two optical windows, control the plurality of light illuminator elements 15n to output light having a scaled luminous flux that varies across each of the left viewing window 730 and the right viewing window 732. Can do. In the example of FIG. 30, the distribution of the light flux scaled over each of the left viewing window 730 and the right viewing window 732 is as follows.

分布は、左視野窓730及び右視野窓732の中央である、光学窓730及び734について最大値を有する。加えて、左右の視野窓730についての分布は、最大値の両側、つまり、左視野窓730の光学窓722及び726、並びに右視野窓732の光学窓724及び728で減少する。図30の例は、低減されスケーリングされた光束を有する光学窓アレイ730のそれぞれの側における単一の光学窓722、724、726、728を示すが、一般的に、1つ又は2つ以上の光学窓が、同じ又は異なるレベルの、低減されスケーリングされた光束を有することができる。光学窓722、724、726、728の、低減されスケーリングされた光束は、照明レベル、パルス幅、若しくはパルスパターン、又はこれらの任意の組み合わせの変化によって、実現することができる。   The distribution has a maximum value for the optical windows 730 and 734, which is the center of the left field window 730 and the right field window 732. In addition, the distribution for the left and right viewing windows 730 decreases on both sides of the maximum, ie, the optical windows 722 and 726 for the left viewing window 730 and the optical windows 724 and 728 for the right viewing window 732. The example of FIG. 30 shows a single optical window 722, 724, 726, 728 on each side of an optical window array 730 having a reduced and scaled beam, but generally one or more The optical window can have the same or different levels of reduced and scaled luminous flux. Reduced and scaled luminous flux of the optical windows 722, 724, 726, 728 can be achieved by changing the illumination level, pulse width, or pulse pattern, or any combination thereof.

好都合に、図30の光束切り替えを用いることで、低いクロストークを実質的に維持することにより、表示品質を改善することができる一方、観察者によるちらつきの認識を低減することができる。このような実施形態により、隣接する、又は眼間の光学窓の強度を高めることによる、ちらつきの影響を低減しつつ、静止した観察者、及び動いている観察者の双方にとって好適な窓を実現することができる。より詳細には、もう一方の視野窓に隣接する視野窓の側で、すなわち、右視野窓732の側の光学窓726における左視野窓730について、スケーリングされた光束を低減することにより、ちらつきは、低減され、また、同様に右視野窓732について、左視野窓730の側の光学窓724において、最大値を下回る。   Advantageously, using the flux switching of FIG. 30 can improve display quality by substantially maintaining low crosstalk while reducing flicker perception by the viewer. Such an embodiment realizes a window suitable for both stationary and moving observers while reducing the effect of flickering by increasing the strength of adjacent or inter-optic optical windows. can do. More specifically, by reducing the scaled luminous flux on the side of the field window adjacent to the other field window, ie, the left field window 730 in the optical window 726 on the right field window 732 side, flicker is reduced. Similarly, for the right viewing window 732, the optical window 724 on the side of the left viewing window 730 is below the maximum value.

好都合に、例えば、電池駆動機器において、照射された光学窓の数を減らすことができ、これにより、電池の動作時間を伸ばすことができる。照射された光学窓の数を減らすことにより、認識されるちらつきが増える場合がある。   Conveniently, for example, in battery-powered equipment, the number of illuminated optical windows can be reduced, thereby increasing the battery operating time. Reducing the number of illuminated optical windows may increase the flicker that is recognized.

図31〜図35は、窓面における左右の視野窓にわたって適用することができるスケーリングされた光束のいくつかの他の分布を示し、横方向(y方向)の入力位置702に対する光度700の概略グラフである。   FIGS. 31-35 show several other distributions of scaled luminous flux that can be applied across the left and right viewing windows in the window plane, and a schematic graph of luminous intensity 700 for lateral (y-direction) input position 702. It is.

図31は、観察者iの左目110及び右目108についての分布708、710を示す。次に、目の位置704、706を使用して、窓面にわたる所与の場所で、強度及びクロストークを判定することができる。図31の配列は、ほぼ完ぺきな窓についてであり、これにより、クロストークは観察されないが、このような窓は、通常、存在しない。   FIG. 31 shows distributions 708 and 710 for the left eye 110 and the right eye 108 of the viewer i. The eye positions 704, 706 can then be used to determine intensity and crosstalk at a given location across the window surface. The arrangement of FIG. 31 is for a nearly perfect window, so that no crosstalk is observed, but such a window is usually not present.

図32は、目に、隣接する視野窓から、いくらかの光が見え、望ましくない画像クロストーク及びユーザーの視覚疲労を引き起こすような、傾斜した側部を有する分布712、714を示す。   FIG. 32 shows distributions 712, 714 with sloping sides that cause the eye to see some light from adjacent viewing windows, causing unwanted image crosstalk and visual fatigue of the user.

図33は、例えば、左視野窓730、右視野窓732を実現する光照射器素子が、実質的に同じスケーリングされた光束を有する照明によって実現されるであろう、図32と同様であるが、より広く離間した分布712、714を示す。好都合に、クロストークは、低減される。しかし、観察者の小さな動きにより、観察者がトラックされるディスプレイにおける動く観察者に対するちらつきを生じさせるディスプレイ強度を低減することができる。   FIG. 33 is similar to FIG. 32, for example, where the light illuminator elements that implement the left viewing window 730 and the right viewing window 732 would be implemented by illumination having substantially the same scaled luminous flux. , Wider distributions 712, 714 are shown. Advantageously, crosstalk is reduced. However, small observer movements can reduce the display intensity that causes flicker for moving observers in the display on which the observer is tracked.

図34は、図30の配列において実現されるであろう分布と同様の分布716、718を示す。このような配列により、動いている観察者に対する観察者の鼻の近くの窓の強度は高まるが、静止した観察者に対する画像クロストークを低減した。   FIG. 34 shows distributions 716, 718 similar to those that would be realized in the arrangement of FIG. Such an arrangement increases the intensity of the window near the observer's nose to the moving observer, but reduces image crosstalk to the stationary observer.

図35は、不均一な窓強度分布から生じるディスプレイ均一性の不均一性を示す、右目についての分布714を示す。観察者の右目108を、窓面106とディスプレイデバイス720との間の距離746に、位置づけることができる。したがって、表示領域742から目108に配向される光線は、窓714の均一な部分723に配向された光線であり、表示領域724からの光線は、窓714の不均一な部分725に配向された光線である。このように、不均一な窓構造は、結果的に、窓面にいない観察者に対し、ディスプレイ不均一性を生じさせ、これにより、ディスプレイ720の領域742及び744は、異なる強度プロファイルを有する。したがって、「硬い」(急勾配の)窓境界を減らし、ディスプレイ面におけるアーティファクトの可視性を低くすることが望ましい。したがって、図30の階調配列により、画像クロストークの低減を実現しつつ、動いている観察者、及び動いていない観察者について、均一な可視性の性能改善を、好都合に、実現することができる。   FIG. 35 shows a distribution 714 for the right eye showing the display uniformity non-uniformity resulting from the non-uniform window intensity distribution. The viewer's right eye 108 can be positioned at a distance 746 between the window surface 106 and the display device 720. Thus, the light beam oriented from the display area 742 to the eye 108 is the light beam oriented to the uniform part 723 of the window 714, and the light beam from the display area 724 is directed to the non-uniform part 725 of the window 714. Light rays. Thus, the non-uniform window structure results in display non-uniformity for viewers who are not on the window surface, whereby regions 742 and 744 of display 720 have different intensity profiles. Therefore, it is desirable to reduce “hard” (steep) window boundaries and reduce the visibility of artifacts on the display surface. Therefore, the gradation arrangement of FIG. 30 can advantageously achieve uniform visibility performance improvement for moving observers and non-moving observers, while reducing image crosstalk. it can.

図36〜図41は、窓面における左右の視野窓にわたって適用し得る、いくつかの更なる不均一な光束分布を示す略図であり、横方向に(y方向)の入力位置261に対するスケーリングされた光束263の概略グラフである。それぞれの場合において、左目視野窓730は、光束分布772を有する複数の光学窓770を含み、右目視野窓732は、光束分布774を有する複数の光学窓771を含む。それぞれの場合において、左視野窓730、右視野窓732のそれぞれの内部で、光束分布772、774は、それぞれ、最大値773、775を有して不均一であり、これら最大値773、775の両側で減少する。これらの例において、左視野窓730及び右視野窓732のそれぞれは、5つの光学窓を含むが、一般的に、最大値の両側で減少する同様の分布は、少なくとも3つの光学窓のうち任意の数を含む複数の視野窓に提供され得る。   FIGS. 36-41 are schematic diagrams showing some additional non-uniform light flux distributions that can be applied across the left and right viewing windows in the window plane, scaled for the input position 261 in the lateral (y-direction). 3 is a schematic graph of a light beam 263. In each case, the left eye viewing window 730 includes a plurality of optical windows 770 having a light flux distribution 772, and the right eye viewing window 732 includes a plurality of optical windows 771 having a light flux distribution 774. In each case, within each of the left viewing window 730 and the right viewing window 732, the luminous flux distributions 772, 774 are non-uniform with maximum values 773, 775, respectively, and these maximum values 773, 775 Decreases on both sides. In these examples, each of the left viewing window 730 and the right viewing window 732 includes five optical windows, but generally a similar distribution that decreases on either side of the maximum is arbitrary among at least three optical windows. Can be provided for a plurality of viewing windows, including

光照射器素子の最大値773、775は、センサーシステムを使用して得た観察者99の検出された位置に従い、光学システムによって、観察者がトラックされるディスプレイにおける観察者の瞳孔に向けて配向され得る。最大値773、775は、例えば、観察者99の測定された鼻の位置のそれぞれの側32mmに位置づけられるよう、配列することができる。   The maximum values 773, 775 of the light illuminator elements are oriented by the optical system towards the viewer's pupil in the display being tracked by the optical system, according to the detected position of the viewer 99 obtained using the sensor system. Can be done. The maximum values 773, 775 can be arranged, for example, to be located 32 mm on each side of the measured nose position of the observer 99.

図36の光束分布は、光学窓配列及び視野窓配列の同様のプロファイルを実質的に実現するが、光学システム内部の拡散及び散乱は、図36の分布と比較して、このような窓配列を不鮮明にするよう作用し得ることがわかる。   The light flux distribution of FIG. 36 substantially achieves a similar profile of the optical window array and the field window array, but the diffusion and scattering within the optical system is such that the window array is compared to the distribution of FIG. It can be seen that it can act to blur.

実質的に一定の光束分布を有する視野窓と比較すると、特にディスプレイエリアの中央領域で、観察された画像の明るさを得ることができる。システムに存在する光の量を減らすことができ、したがって、迷光からのクロストークを最小化することができる。同様の又はより低いクロストークに対して、より広い合計窓幅を提供することにより、動いている観察者に対するフリッカーアーティファクトの可視性を更に低めることができる。更に、装置の合計消費電力を低減して、効率を高め、コストを削減することができる。   Compared with a viewing window having a substantially constant luminous flux distribution, the brightness of the observed image can be obtained, especially in the central region of the display area. The amount of light present in the system can be reduced, and thus crosstalk from stray light can be minimized. By providing a wider total window width for similar or lower crosstalk, the visibility of flicker artifacts to moving observers can be further reduced. In addition, the total power consumption of the device can be reduced to increase efficiency and reduce costs.

図36は、観察者99の検出された位置を、導波路1の光軸232と位置合わせした状況を示すが、図37は、導波路1の光軸232に対して横方向に動いた観察者99の状況を示す。したがって、複数の視野窓にわたる強度の変動を維持しつつ、観察者99の検出された位置に従い、左視野窓730及び右視野窓732の光束分布772、774を、横方向に変位することができる。好都合に、視野窓について複数の均一なスケーリングされた光束光照射器素子と比較して、複数の外側の光学窓の強度の変化を低減し、動いている観察者99のちらつきを低減することができる。   FIG. 36 shows a situation in which the position detected by the observer 99 is aligned with the optical axis 232 of the waveguide 1, while FIG. 37 shows the observation moved laterally with respect to the optical axis 232 of the waveguide 1. The situation of the person 99 is shown. Therefore, the light flux distributions 772 and 774 of the left visual field window 730 and the right visual field window 732 can be displaced in the horizontal direction according to the position detected by the observer 99 while maintaining the intensity variation across the plurality of visual field windows. . Conveniently, the intensity variation of the plurality of outer optical windows can be reduced and the flickering of the moving observer 99 can be reduced compared to a plurality of uniform scaled beam illuminator elements for the viewing window. it can.

図38は、導波路1の光軸232に対して横方向に動いた観察者に対する左視野窓730及び右視野窓732の代替形態を示す。この場合、最大値773、775は、光束分布777、779に従い、複数の光学窓のランバート性配光を実現するように構成することができ、例えば、配光769をトラックすることができる。これに従い、最大値773、775にない光照射器素子770、771を、スケーリングされた光束において修正することができる。好都合に、ディスプレイは、クロストーク、ちらつき、及び電力消費の低減を実現しつつ、視野角の範囲から等しく明るく見え得る。あるいは、オフアクシスの視聴位置に対するディスプレイ輝度を更に低めることにより、更なる節電特性を実現することができる。配光769を修正して、ディスプレイのゲインを増やし、オフアクシスの位置に対する消費電力を更に低減することができる。   FIG. 38 shows an alternative form of the left viewing window 730 and the right viewing window 732 for an observer moving laterally with respect to the optical axis 232 of the waveguide 1. In this case, the maximum values 773 and 775 can be configured to realize Lambertian light distribution of a plurality of optical windows in accordance with the light flux distributions 777 and 779. For example, the light distribution 769 can be tracked. Accordingly, light illuminator elements 770, 771 that are not at the maximum values 773, 775 can be corrected in the scaled luminous flux. Advantageously, the display may appear equally bright from a range of viewing angles while achieving crosstalk, flicker, and reduced power consumption. Alternatively, further power saving characteristics can be realized by further reducing the display brightness with respect to the off-axis viewing position. The light distribution 769 can be modified to increase the display gain and further reduce power consumption relative to the off-axis position.

図39は、図36と比較して、導波路1の光軸232に沿って、すなわち、導波路1の第1のガイド表面に対する法線に沿って、長手方向に動いた観察者に対する左視野窓730及び右視野窓732の代替形態を示す。この場合、検出された長手方向の位置に従って、スケーリングされた光束も変動し、本例において、より平坦な光束分布を含む光学窓及び視野窓のそれぞれを提供する。図35に示すように、複数の光学窓にわたる光度の変動により、ディスプレイの均一性の変動を提供し得る。観察者がディスプレイに対して長手方向に動くと、ディスプレイエリアにわたって、より多くの光学窓を捕捉し得るにつれ、不均一性が増大し得る。したがって、複数の光学窓にわたる強度の変動を低減することが望ましい。   FIG. 39 shows, compared to FIG. 36, the left field of view for an observer who moved longitudinally along the optical axis 232 of the waveguide 1, ie, along the normal to the first guide surface of the waveguide 1. An alternative form of window 730 and right view window 732 is shown. In this case, the scaled light flux also fluctuates according to the detected longitudinal position, and in this example, each of the optical window and the field window including a flatter light flux distribution is provided. As shown in FIG. 35, variations in light intensity across multiple optical windows may provide variations in display uniformity. As the viewer moves longitudinally relative to the display, non-uniformity can increase as more optical windows can be captured across the display area. Therefore, it is desirable to reduce intensity variation across multiple optical windows.

更に、ユーザーは、ディスプレイ全体に対する好ましいゲイン特性を選択して、窓内で、効率、クロストーク、均一性及び画像ちらつき、並びに測定された目の間隔について、個人の好みに合わせることができる。   In addition, the user can select the preferred gain characteristics for the entire display to fit personal preferences for efficiency, crosstalk, uniformity and image flicker, and measured eye spacing within the window.

図40及び図41は、左視野窓730及び右視野窓732の代替形態を示す。ここで、観察者の目の間の複数の光学窓に配向され、したがって、最大値773と最大値775との間に位置する複数の光照射器素子のスケーリングされた光束は、最大値773、775の外側に位置する複数の光照射器素子のスケーリングされた光束の低減分よりも少なく低減する。このような配列により、ディスプレイの中央の領域について比較的均一な明るさを実現しつつ、窓面106から離れた観察者99のためにディスプレイの端部に向けて、いくらかの光を提供する。好都合に、認識された画像ちらつきを低減しつつ、ディスプレイの均一性が維持される。   40 and 41 show alternative forms of the left viewing window 730 and the right viewing window 732. Here, the scaled luminous flux of the plurality of light illuminator elements oriented in the plurality of optical windows between the observer's eyes and located between the maximum value 773 and the maximum value 775 is the maximum value 773, A reduction of the scaled luminous flux of the plurality of light illuminator elements located outside 775. Such an arrangement provides some light towards the edge of the display for the viewer 99 away from the window surface 106 while achieving a relatively uniform brightness for the central area of the display. Advantageously, display uniformity is maintained while reducing perceived image flicker.

上記の例においては、ディスプレイデバイスを操作して、自動立体3Dディスプレイを提供するが、ディスプレイデバイスを操作して、2D画像を表示し、制御システムにより複数の光源15を操作して、観察者99の検出された位置に従い、単一の視野窓に光を配向する場合では、視野窓にわたってスケーリングされた光束の同様の変動を適用することができる。この一例を以下に記述する。   In the above example, the display device is operated to provide an autostereoscopic 3D display. However, the display device is operated to display a 2D image, and a plurality of light sources 15 are operated by the control system, so that the observer 99 In the case of directing light to a single field window according to the detected position, a similar variation of the light beam scaled across the field window can be applied. An example of this is described below.

図42は、横長の向きの2D指向性ディスプレイを示す略図である。ディスプレイデバイス100は、横方向の観察者99の検出された位置に従い、単一の視野窓790を提供するように構成されている。複数の光源は、光源のアレイにわたって変動するスケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御され、観察者99の右目791及び左目792と実質的に位置合わせされた最大値773、775を有する配光793における観察者の検出された位置の角度により変動する光度を提供する。アレイ15は、複数の照射しない光照射器素子797、及び視野窓790において最大値773、775を実現するアレイ15の複数の光照射器素子の照射されたグループ804により、配列される。実質的に一定のピッチ803によりアレイ15を配列して、ディスプレイにおける非対称の拡散体68及び他の散乱する構成要素と組み合わせて結像するとき、視野窓における不均一性を最小化することができる。   FIG. 42 is a schematic diagram showing a horizontally oriented 2D directional display. Display device 100 is configured to provide a single viewing window 790 according to the detected position of lateral observer 99. The plurality of light sources are controlled to output light having a scaled luminous flux that varies across the array of light sources and have a maximum value 773, 775 substantially aligned with the right eye 791 and left eye 792 of the viewer 99. It provides a light intensity that varies with the angle of the detected position of the observer in the light 793. The array 15 is arranged by a plurality of non-irradiated light irradiator elements 797 and an irradiated group 804 of a plurality of light irradiator elements of the array 15 that achieves maximum values 773 and 775 in the viewing window 790. When array 15 is arranged with a substantially constant pitch 803 and imaged in combination with asymmetric diffusers 68 and other scattering components in the display, non-uniformities in the viewing window can be minimized. .

したがって、光照射器素子のアレイ15を、導波路の入力端にわたる横方向に、異なる入力位置261に一定のピッチ803で配置することができ、これによって、スケーリングされた光束は、複数の光照射器素子15nの実際の光束となる。   Accordingly, the array 15 of light illuminator elements can be arranged at a constant pitch 803 at different input positions 261 in the transverse direction across the input end of the waveguide, so that the scaled light flux is irradiated with a plurality of light irradiations. This is the actual luminous flux of the vessel element 15n.

更に、オンアクシスの視聴位置の複数の光照射器素子と比較して、より大きなピッチ及び/又はより低いスケーリングされた光束を有するオフアクシスの視聴位置に対応して、複数の光照射器素子802を提供することができる。より多くのオンアクシスの位置に対する複数の光照射器素子のスケーリングされた光束を制御することと組み合わせて、このような複数の光照射器素子は、所望の光学窓出力を妥協することなく、光照射器素子のアレイのコストを削減することができる。   Further, a plurality of light illuminator elements 802 corresponding to an off-axis viewing position having a larger pitch and / or a lower scaled luminous flux compared to a plurality of light illuminator elements at an on-axis viewing position. Can be provided. In combination with controlling the scaled luminous flux of multiple light emitter elements for more on-axis positions, such multiple light emitter elements are capable of combining light without compromising the desired optical window output. The cost of the array of irradiator elements can be reduced.

図43は、図42のディスプレイに関する入力位置に対するスケーリングされた光束のグラフを示す略図である。したがって、2Dディスプレイの照明は、ランバート性の照射されたディスプレイと比較して、消費電力を低減するように構成することができる。ディスプレイの動作は、図36〜図41に示すものと同様であるが、グループ804は、両目について単一のフェーズにおいて照射されるように配列されており、継続的な動作を提供し得る。好都合に、デバイスの消費電力を低減することができる一方、窓面における観察者について、ディスプレイの中央で実質的に同じ明るさを実現し、かつ、動いている観察者について、ディスプレイのちらつきを最小にすることができる。更に、空間光変調器48は、左右の目の照明フェーズと同期するよりもむしろ継続的に動作して、空間光変調器48のコストを削減することができる。   FIG. 43 is a schematic diagram showing a graph of scaled luminous flux versus input position for the display of FIG. Accordingly, the illumination of the 2D display can be configured to reduce power consumption compared to a Lambertian illuminated display. The operation of the display is similar to that shown in FIGS. 36-41, but the group 804 is arranged to be illuminated in a single phase for both eyes and may provide continuous operation. Conveniently, it can reduce the power consumption of the device, while achieving substantially the same brightness in the center of the display for the viewer on the window and minimizing the display flicker for the moving observer Can be. Furthermore, the spatial light modulator 48 can operate continuously rather than in synchronization with the illumination phases of the left and right eyes, reducing the cost of the spatial light modulator 48.

図44は、縦長の向きの2D指向性ディスプレイを示す略図である。目が、複数の視野窓795のx軸における範囲で平行に配列される際、縦長の向きの(横方向の)窓795の高さ808を、横長の向きの(横方向の)窓の幅806と比較して低くして、配光796を提供することができる。したがって、図42の構成と比較して、消費電力を、好都合に、更に低減し得る。   FIG. 44 is a schematic diagram showing a vertically oriented 2D directional display. When the eyes are arranged in parallel in a range in the x-axis of the plurality of viewing windows 795, the height 808 of the vertically oriented (lateral) window 795 is set to the width of the horizontally oriented (lateral) window. The light distribution 796 can be provided lower than 806. Therefore, compared with the configuration of FIG. 42, the power consumption can be advantageously further reduced.

図45は、図44のディスプレイに関する入力位置に対するスケーリングされた光束のグラフを示す略図である。したがって、複数の光学窓812の光束分布800は、視野窓794を形成するために、図44の構成より幅が狭くてもよく、単一の最大値810を提供し得ることにより、好都合に、窓面から離れたオンアクシスの視聴位置について、ディスプレイの中心を最適に照射する。視野窓794は定常であってもよく、観察者99の検出された位置に対応して調整されてもよい。   FIG. 45 is a schematic diagram illustrating a graph of scaled luminous flux versus input position for the display of FIG. Therefore, the light flux distribution 800 of the plurality of optical windows 812 may be narrower than the configuration of FIG. 44 to form a viewing window 794 and may advantageously provide a single maximum value 810, The center of the display is optimally illuminated for the on-axis viewing position away from the window. The field window 794 may be stationary or may be adjusted according to the position detected by the observer 99.

したがって、光照射器素子を選択的に操作して、前記出力方向に対応する変動する複数の光学窓に、光を配向する工程を実施して、少なくとも2つの同時に照射される光学窓812を含む少なくとも1つの視野窓794に光を配向することができ、複数の光照射器素子は、観察者99の検出された位置に従い変動し、更に前記少なくとも1つの視野窓794の複数の光学窓812にわたって変動する光束線密度263を有する光を出力するよう制御されている。   Accordingly, the light irradiator element is selectively operated to perform the step of directing light on the plurality of fluctuating optical windows corresponding to the output direction, and includes at least two simultaneously irradiated optical windows 812. The light can be directed to at least one field window 794, and the plurality of light illuminator elements vary according to the detected position of the observer 99 and further across the plurality of optical windows 812 of the at least one field window 794. Control is performed to output light having a varying light flux linear density 263.

図46は、導波路1と、光照射器素子のアレイ15と、を含む、上記の指向性バックライトを含む指向性バックライト装置の制御システム及び正面図を示す略図である。指向性バックライト装置は、以下のように、駆動信号の較正を行う複数の光照射器素子15nを制御する方法を実施する上記の制御システムを含む。   FIG. 46 is a schematic diagram showing a control system and a front view of the directional backlight device including the directional backlight described above, including the waveguide 1 and the array 15 of light irradiator elements. The directional backlight device includes the above-described control system that implements a method for controlling a plurality of light irradiator elements 15n that calibrate drive signals as follows.

光照射器素子216からの光線210は、反射端4に配向され、反射され、入力端2に配向して戻される。光源216からの光の一部は、複数の光抽出機構12によって抽出されることになり、一方、光の一部は、入力端2の少なくとも一部に入射することになる。センサー素子208、214は、アレイ15の両側の、アレイ15の横方向範囲の外側における領域209、215の入力端に配列することができる。領域212において、照明の空所が存在することにより、光源216からの光は、センサー214に実質的に入射しないことになるが、光源216からの光線は、センサー208に入射することになる。センサー208、214のそれぞれは、光度測定センサーを含むことができる。図46に示すように、センサー208、214が、光学フィルター202、206及び光度センサー200、204を含み得ることが好ましい。このような構成により、光源216からの光について、光度の両方の測定と、色座標の測定と、を好都合に提供することができる。同様に、光源218からの光線220は、センサー208に入射し得ないが、センサー214に入射することになる。オンアクシスの測定について、センサー208、214は、共に、オンアクシスの光照射器素子217のそれぞれから光を検出する。   The light beam 210 from the light illuminator element 216 is directed to the reflective end 4, reflected, and directed back to the input end 2. A part of the light from the light source 216 will be extracted by the plurality of light extraction mechanisms 12, while a part of the light will be incident on at least a part of the input end 2. Sensor elements 208, 214 can be arranged at the input ends of regions 209, 215 on either side of array 15 and outside the lateral extent of array 15. In region 212, the presence of an illumination void causes light from light source 216 to substantially not enter sensor 214, but light from light source 216 will enter sensor 208. Each of the sensors 208, 214 can include a photometric sensor. As shown in FIG. 46, the sensors 208, 214 may preferably include optical filters 202, 206 and photometric sensors 200, 204. With such a configuration, both light intensity measurement and color coordinate measurement can be conveniently provided for the light from the light source 216. Similarly, the light beam 220 from the light source 218 cannot enter the sensor 208 but enters the sensor 214. For on-axis measurement, both sensors 208 and 214 detect light from each of the on-axis light emitter elements 217.

駆動ライン244に階調制御を行い、光照射器素子のアレイに駆動信号を提供する電流ドライバーであり得る光照射器素子ドライバー233を使用して、センサー208、214から測定された信号を、アレイ15の光照射器素子を駆動する照明コントローラー74に渡すことができる。照明コントローラー74は、以下のように、感知された光を表す測定された信号に応じて、複数の光照射器素子15nに供給された駆動信号を較正する。   Using the light emitter element driver 233, which can be a current driver that provides grayscale control to the drive line 244 and provides a drive signal to the array of light emitter elements, the signals measured from the sensors 208, 214 are It can be passed to an illumination controller 74 that drives 15 light illuminator elements. The illumination controller 74 calibrates the drive signal supplied to the plurality of light illuminator elements 15n in response to the measured signal representing the sensed light as follows.

アレイ光束分布コントローラー224は、例えば、図21Bの分布550について、光束分布データを含む、製造時に提供することができる、画面測定の前からの、記憶された参照階調プロファイル230を含むことができる。これにより、制御システムは、光源のアレイにわたるあらかじめ定められた分布を有する、スケーリングされた光束を出力し、例えば、上記のようにスケーリングされた光束を変動させることができる。   The array light flux distribution controller 224 can include a stored reference tone profile 230 from before the screen measurement that can be provided during manufacturing, including, for example, the light flux distribution data for the distribution 550 of FIG. 21B. . This allows the control system to output a scaled beam having a predetermined distribution across the array of light sources, for example, to vary the scaled beam as described above.

例えば、光束分布コントローラー224の内部のルックアップテーブル226にデータを提供することができる較正測定システム222に、センサー208、214からのデータを提供することができる。配光の更なる選択(例えば、配光266、272、274、276、294から選択する)を、選択コントローラー228によって提供することができる。選択コントローラーは、ユーザー入力、又はディスプレイ視聴条件の感知により判定される自動入力を有することができる。例えば、視聴者の数、部屋の輝度、ディスプレイの向き、画質設定、及び/又は節電モードの設定を使用して、選択された分布を変動させることができる。   For example, data from sensors 208, 214 can be provided to a calibration measurement system 222 that can provide data to a look-up table 226 within the luminous flux distribution controller 224. Further selection of light distribution (eg, selecting from light distributions 266, 272, 274, 276, 294) may be provided by the selection controller 228. The selection controller can have user input or automatic input determined by sensing display viewing conditions. For example, the number of viewers, room brightness, display orientation, image quality settings, and / or power saving mode settings can be used to vary the selected distribution.

デバイスの製造において、アレイ15の光源のそれぞれに応じたセンサー208、214の出力を、ディスプレイの窓面に置かれたカメラ又は検出器からの信号と比較することができる。これにより、窓面における光に対する内部センサーの初期較正又は参照を実現する。このような較正を、ルックアップテーブル、又は同様のものに記憶することができる。   In the manufacture of the device, the output of the sensors 208, 214 corresponding to each of the light sources of the array 15 can be compared with signals from a camera or detector placed on the display window. This provides an initial calibration or reference of the internal sensor for light at the window surface. Such a calibration can be stored in a look-up table or the like.

較正モードの動作において、アレイ15の単一の光照射器素子が、照射され、センサー208、214は、前記光照射器素子のための信号を測定することができる。前記光照射器素子が、消され、アレイの次の光源が、操作され、測定が行われる。一連の測定値の出力を工場較正と比較して、これにより、所与の光束分布についての出力光度を補間することができる。次に、所望の光束分布を実現するよう適切に構成されたコントローラー224及び光照射器素子コントローラー233によって、要求された配光のための適切な光束分布を引き出す。   In operation in the calibration mode, a single light emitter element of the array 15 is illuminated and the sensors 208, 214 can measure signals for the light emitter element. The light illuminator element is extinguished and the next light source in the array is operated and measurements are taken. The output of a series of measurements can be compared to factory calibration, which can interpolate the output intensity for a given luminous flux distribution. Next, the controller 224 and the light irradiator element controller 233, which are appropriately configured to realize a desired light flux distribution, derive an appropriate light flux distribution for the required light distribution.

好都合に、センサー208、214の組み合わせにより、アレイ15全体からの光を測定することができ、所望の配光を実現することができる。   Conveniently, the combination of sensors 208, 214 can measure light from the entire array 15 and achieve the desired light distribution.

したがって、入力端2に入射した光の前記感知において、横方向の光照射器素子のアレイ15の外側における入力端2の領域209に配列された複数のセンサー素子208を使用することができる。入力端2に入射した光の前記感知において、光照射器素子のアレイの両側において横方向の光照射器素子のアレイ15の外側における入力端2の領域209、215に配列されたセンサー素子208、214を使用することができる。   Thus, a plurality of sensor elements 208 arranged in the region 209 of the input end 2 outside the array 15 of lateral light illuminator elements can be used in the sensing of light incident on the input end 2. In the sensing of light incident on the input end 2, sensor elements 208 arranged in the regions 209, 215 of the input end 2 outside the array 15 of light emitter elements in the lateral direction on both sides of the array of light emitter elements, 214 can be used.

センサーシステムは、特徴づける目的でディスプレイの製作の間のみ導波路1を有して構成することができ、製品製作完了後に取り外される。センサーシステムを、通常動作の間、導波路1を有して構成することが望ましい。ディスプレイ電源投入の間、フィールド内較正フェーズを適用することができる。空間光変調器は、較正の間、黒い画像を有して構成されてもよく、較正フェーズのユーザーに対して可視性をなくすことができる。較正フェーズを、例えば、日次、週次、又は月次で実施し、図26A〜図26Bに示す、経時的なアーティファクトを補正することができる。   The sensor system can be configured with the waveguide 1 only during display fabrication for characterization purposes and is removed after product fabrication is complete. It is desirable to configure the sensor system with the waveguide 1 during normal operation. During display power-up, an in-field calibration phase can be applied. The spatial light modulator may be configured with a black image during calibration and can be invisible to the user of the calibration phase. The calibration phase can be performed, for example, on a daily, weekly, or monthly basis to correct for artifacts over time as shown in FIGS. 26A-26B.

図47は、図47と同様、指向性バックライト装置の制御システム及び正面図を示す略図であるが、後述の通り、感知モードのアレイ15の光照射器素子を使用することにより、センサー208、214を取り外して取り替えるという以下の修正を伴う。したがって、較正動作モードにおいて、光照射器素子は、照射され、他の光照射器素子のすべては、光を発するよりもむしろ光を感知するように構成される。入力端で感知された光を、図46を参照して説明したのと同様に使用する。   FIG. 47 is a schematic diagram showing a control system and a front view of the directional backlight device, similar to FIG. 47, but as described below, by using the light emitter elements of the array 15 in the sensing mode, With the following modification of removing and replacing 214. Thus, in the calibration mode of operation, the light illuminator elements are illuminated and all of the other light illuminator elements are configured to sense light rather than emit light. The light sensed at the input end is used as described with reference to FIG.

複数の光照射器素子15nを使用して光を感知する際、積分強度測定を行い、検出された強度の合計を平均する。したがって、複数の光照射器素子により、個々に高品質の測定を提供することはできないが、アレイの信号対ノイズ比により、性能を改善することができる。一旦、性能の較正が行われ、工場設定と比較されると、図46を参照して説明したように、要求された配光を実現することができる。好都合に、センサーのコストを削減する、又はなくすことができ、入力端の広範囲の位置にわたって感知を行い、光学性能を平均化することができる。   When sensing light using a plurality of light illuminator elements 15n, integral intensity measurements are taken and the total detected intensity is averaged. Thus, although multiple light illuminator elements cannot provide high quality measurements individually, the array signal-to-noise ratio can improve performance. Once performance is calibrated and compared to factory settings, the required light distribution can be achieved as described with reference to FIG. Advantageously, the cost of the sensor can be reduced or eliminated, sensing over a wide range of locations at the input end, and optical performance can be averaged.

図48は、較正動作モードのために光照射器素子を駆動する装置を示す略図である。この場合、光照射器素子は、複数のLED 248であり、逆バイアスで複数のLED 248を操作することにより、光の感知を行う。図48は、第1の順方向バイアスの光照射器素子として操作することができ、光検出器として逆バイアスで操作することもできるLED 248を含む半導体p−n接合デバイスを示す。順方向バイアスで動作中、LED 248は、駆動増幅器244から駆動され、該駆動増幅器244は、信号入力243及びイネーブル入力251を有し、これにより、スイッチ253がGND位置254にあるとき、増幅器244がイネーブルされ、LED 248が、信号入力243に応じて、光252を発する。   FIG. 48 is a schematic diagram illustrating an apparatus for driving a light emitter element for a calibration mode of operation. In this case, the light irradiator element is a plurality of LEDs 248, and light is sensed by operating the plurality of LEDs 248 with a reverse bias. FIG. 48 shows a semiconductor pn junction device that includes an LED 248 that can be operated as a first forward-biased light emitter element and can also be operated in reverse bias as a photodetector. During operation with forward bias, the LED 248 is driven from a drive amplifier 244 that has a signal input 243 and an enable input 251 so that when the switch 253 is in the GND position 254, the amplifier 244 Is enabled and LED 248 emits light 252 in response to signal input 243.

スイッチ253は、位置256にあるとき、正の電圧が、LED 248のカソードに印加され、これにより、逆バイアスで配列される。逆バイアスで、LED 248は、動作して、光増幅器246と協働して光250を検出する。よって、回路240により、LED又は光検出器として、p−n接合デバイス248を操作することができる。   When switch 253 is in position 256, a positive voltage is applied to the cathode of LED 248, thereby arranging it in reverse bias. With reverse bias, LED 248 operates to detect light 250 in cooperation with optical amplifier 246. Thus, the circuit 240 allows the pn junction device 248 to be operated as an LED or photodetector.

好都合に、これにより、同じLEDアレイ15をイネーブルして、好適な回路240を有する光検出器アレイとして機能する。アレイの光源のそれぞれは、図48の配列を有することができ、アレイ15におけるそれぞれの個々のp−n接合デバイスは、自身の光増幅器246を有することができる。   Advantageously, this enables the same LED array 15 to function as a photodetector array with suitable circuitry 240. Each of the light sources in the array can have the arrangement of FIG. 48, and each individual pn junction device in array 15 can have its own optical amplifier 246.

図49は、較正動作モードの光照射器素子アレイを示す略図である。また、図49に示すように、駆動増幅器244によるLEDが、スイッチ249により検出器として駆動されるp−n接合から分離し得る際、アレイ15のp−n接合は、順方向バイアスで駆動され得る。同様のスイッチを、アレイ15における他の位置で構成し得る。好都合に、光増幅器246の仮想接地入力において、複数のp−n接合デバイス248の電流出力を合計することができる。好都合に、検出の感度を改善することができ、光増幅器246の数を減らすことができる。   FIG. 49 is a schematic diagram showing a light illuminator element array in a calibration mode of operation. Also, as shown in FIG. 49, when the LED by the drive amplifier 244 can be separated from the pn junction driven as a detector by the switch 249, the pn junction of the array 15 is driven with a forward bias. obtain. Similar switches may be configured at other positions in the array 15. Conveniently, the current outputs of multiple pn junction devices 248 can be summed at the virtual ground input of the optical amplifier 246. Advantageously, the sensitivity of detection can be improved and the number of optical amplifiers 246 can be reduced.

光照射器素子は、通常、複数の白色LED、より詳細には、窒化ガリウム青色発光チップと、通常は、青色光の一部を黄色光に変換するように構成された蛍光体である波長変換層と、を含む、複数のLEDを含むことができる。青色光及び黄色光を組み合わせると、白色光出力を実現し得る。動作において、青色発光素子及び黄色発光素子は、異なる速度で出力を変化させることができ、したがって、白色光出力の色温度は、経時変化し得る。色の変動により、複数の光学窓の色度変動、したがって、視野窓における認識された輝度及び色度の変化が生じる場合がある。このような変化により、動いている観察者に対するディスプレイのちらつきが増え、ディスプレイエリアにわたる不均一性を実現する場合がある。このような色度変化について、複数の光照射器素子の出力を補正することが望ましい。   The light illuminator element is usually a plurality of white LEDs, more specifically a gallium nitride blue light emitting chip, and a wavelength converter that is usually a phosphor configured to convert part of the blue light into yellow light. A plurality of LEDs, including layers. Combining blue light and yellow light can achieve white light output. In operation, the blue and yellow light emitting elements can change their output at different rates, and thus the color temperature of the white light output can change over time. Color variations may cause chromaticity variations of multiple optical windows, and thus recognized luminance and chromaticity changes in the viewing window. Such changes may increase the display flicker for a moving observer and may achieve non-uniformity across the display area. It is desirable to correct the output of a plurality of light irradiator elements for such chromaticity changes.

図50は、色補正を実現するように配列された光照射器素子アレイの正面図を示す略図である。光照射器素子アレイ400は、導波路1の入力端402と位置合わせして配列することができる。アレイの光照射器素子パッケージ412のそれぞれは、第1の窒化ガリウムチップ404及び第2の窒化ガリウムチップ408と、それぞれ位置合わせされた蛍光体406、410と、を含み得、この対は、入力開口部402に対して、縦長の配列に位置合わせされる。個々の駆動ライン405、407は、光照射器素子のアレイ15にわたって所望の光束分布を提供するように配列される。蛍光体は、希土類の巨視的な蛍光体、又は量子ドット蛍光体であり得る。   FIG. 50 is a schematic diagram illustrating a front view of a light illuminator element array arranged to achieve color correction. The light irradiator element array 400 can be aligned with the input end 402 of the waveguide 1. Each of the array of light emitter element packages 412 may include a first gallium nitride chip 404 and a second gallium nitride chip 408, and phosphors 406, 410 respectively aligned, the pair being an input The openings 402 are aligned in a vertically long arrangement. The individual drive lines 405, 407 are arranged to provide the desired luminous flux distribution across the array 15 of light emitter elements. The phosphor may be a rare earth macroscopic phosphor or a quantum dot phosphor.

図51は、色補正を実現するように配列された光照射器素子の更なるアレイの正面図を示す略図である。パッケージは、入力端402に対して横長の向きで配列することができ、したがって、入力端の高さが低くなっている場合があり、より高い効率を実現することができる。このような配列において、窓面106における隣接する光学窓は、異なる色度の外観を有することができるが、横方向の複数の光学窓の非対称拡散体68による拡散は、窓面における色度変動を低減するように構成することができる。好都合に、この配列は、図50の配列と比較して、反射端4の所与の高さについて、導波路1の高効率化とクロストークの低減を実現し得る。   FIG. 51 is a schematic diagram showing a front view of a further array of light illuminator elements arranged to achieve color correction. The package can be arranged in a landscape orientation with respect to the input end 402, and thus the height of the input end may be lower, and higher efficiency can be achieved. In such an arrangement, adjacent optical windows in the window surface 106 can have different chromaticity appearances, but the diffusion of the lateral optical windows by the asymmetric diffuser 68 causes chromaticity variations in the window surface. Can be configured to reduce. Advantageously, this arrangement can achieve higher efficiency of the waveguide 1 and reduced crosstalk for a given height of the reflective end 4 compared to the arrangement of FIG.

図52は、光学窓の色度変動のグラフ、及び色度変動を補正する方法を示す略図である。したがって、スペクトル軌跡420及び白色点軌跡426を有するCIE 1931のx−y色度図において、(2つの光源404、406及び2つの光源408、410の平均である)色度座標の工場設定を、点422として提供することができる。経時変化の後、平均色度は、点424への方向430に移動することができる。図46に示すように、このような色度は、センサー及びフィルター素子204、206及び200、202によって、それぞれ、測定することができる。図46の制御システムは、光照射器素子のそれぞれに対する、駆動ライン405、407に沿った異なる補正された駆動信号を更に提供して、出力色度における前記変動を補正し、点422に戻る方向428に色度座標を移動することができる。   FIG. 52 is a schematic diagram showing a graph of chromaticity variation of an optical window and a method of correcting the chromaticity variation. Thus, in the CIE 1931 xy chromaticity diagram with spectral trajectory 420 and white point trajectory 426, the factory setting of chromaticity coordinates (which is the average of two light sources 404, 406 and two light sources 408, 410) is It can be provided as point 422. After aging, the average chromaticity can move in the direction 430 to the point 424. As shown in FIG. 46, such chromaticity can be measured by sensor and filter elements 204, 206 and 200, 202, respectively. The control system of FIG. 46 further provides different corrected drive signals along drive lines 405, 407 for each of the light illuminator elements to correct for the variation in output chromaticity and return to point 422. The chromaticity coordinates can be moved to 428.

更に、色度及び複数の光照射器素子の出力は、温度によって変動し得る。したがって、オンアクシスの位置用など、アレイ15の使用頻度が高い部分における複数の光照射器素子は、該アレイの使用頻度がより低い部分よりも高い温度で動作することができる。したがって、動作において、複数の光照射器素子の輝度は、温度の影響により、時間とともに変動し得る。センサー208、214は、ディスプレイ動作の間に動作して、上記の制御システムにより前記温度の変動を補正するように構成することができる。したがって、動作していない光照射器素子又は別個のセンサーは、出力輝度を継続的に監視して、光照射器素子の出力の調整を動的に提供するように構成することができる。   Further, the chromaticity and the output of the multiple light illuminator elements can vary with temperature. Thus, a plurality of light illuminator elements in portions of the array 15 that are frequently used, such as for on-axis positions, can operate at a higher temperature than portions of the array that are less frequently used. Thus, in operation, the brightness of the plurality of light illuminator elements can vary over time due to temperature effects. Sensors 208, 214 may be configured to operate during display operation to correct for temperature variations with the control system described above. Thus, a non-operating light illuminator element or a separate sensor can be configured to continuously monitor the output brightness and dynamically provide adjustment of the light illuminator element output.

図53は、光照射器素子のアレイの正面図を示す略図であり、図54は、光照射器素子のアレイの正面図、及び光照射器素子の故障を修正する方法を示す略図である。動作において、視野窓26は、隣接する光学窓249からの光を含む場合もあり、これにより、窓面における所与の視聴位置について、視野窓は、例えば、少なくとも2つの、好ましくは領域560に示す通り、3つ以上の光照射器素子からの光を含む。光照射器素子の故障は、結果的に、視野窓プロファイルの低下につながる場合があり、図46に示すような感知システムによって検出され得る。このような故障は、更に複数の近くの光照射器素子への駆動ライン566、568への駆動を増やし、駆動ライン564への駆動を除くことによって、上記のように補正され得る。   FIG. 53 is a schematic diagram illustrating a front view of an array of light illuminator elements, and FIG. 54 is a schematic diagram illustrating a front view of the array of light illuminator elements and a method of correcting a failure of the light illuminator elements. In operation, the viewing window 26 may include light from an adjacent optical window 249 so that, for a given viewing position on the window surface, the viewing window is, for example, in at least two, preferably region 560. As shown, includes light from more than two light irradiator elements. Failure of the light illuminator element can result in a degradation of the viewing window profile and can be detected by a sensing system as shown in FIG. Such a failure can be corrected as described above by further increasing the drive to drive lines 566, 568 to multiple nearby light illuminator elements and eliminating the drive to drive line 564.

光照射器素子15nのアレイ15の光源420のピッチ421は、青色光を多く含むGaNチップエリアを含む幅424と比較して、主として蛍光体発光のために黄色光を多く含む光の幅422、426を含み得る。更に、(光源の機械的、熱的、及び電気的パッケージの一部を含むことができる)隙間428は、発光を有しなくてもよい。したがって、スケーリングされた光束は、ピッチ421にわたる平均光束の尺度である。ピッチ421は、光照射器素子15nのアレイ15の横方向の幅にわたって変動することができる。   The pitch 421 of the light sources 420 of the array 15 of light irradiator elements 15n has a width 422 of light mainly including yellow light for phosphor emission, as compared with a width 424 including a GaN chip area including much blue light. 426 may be included. Further, the gap 428 (which may include a portion of the mechanical, thermal and electrical package of the light source) may not have light emission. Thus, the scaled luminous flux is a measure of the average luminous flux over the pitch 421. The pitch 421 can vary across the lateral width of the array 15 of light illuminator elements 15n.

本明細書で使用されるとき、「実質的に」及び「およそ(ほぼ)」という用語は、それに対応する用語及び/又は項目間の相対性に対して、業界で受け入れられる許容範囲を付与するものである。このような、業界で受け入れられる許容範囲は、0パーセント〜10パーセントの範囲であり、成分値、角度などが該当するが、これらに限定されない。このような、項目間の相対性は、約0パーセント〜10パーセントの範囲である。   As used herein, the terms “substantially” and “approximately” give industry-acceptable tolerances on the corresponding terms and / or the relativeities between items. Is. Such acceptable ranges accepted in the industry are in the range of 0 percent to 10 percent, including but not limited to component values, angles, and the like. Such relativity between items ranges from about 0 percent to 10 percent.

本明細書に開示する原理による、種々の実施形態が上述されているが、これらの実施形態は、ただ例示の目的のためにのみ示されたのであり、限定するために示されたのではないことに留意されたい。それ故、この開示の広さ及び範囲は、上述した例示的な実施形態のいずれによっても制限されてはならず、請求項のいずれか、及び本開示に由来するそれらの同等物に従ってのみ規定されるべきである。更に、上記の有利な点及び特徴は、記述された実施形態で提供されるが、かかる公開される特許請求の範囲の用途を、上記の有利な点の一部又は全部を実現する方法及び構造に制限するものではない。   Although various embodiments in accordance with the principles disclosed herein have been described above, these embodiments have been presented for illustrative purposes only and are not intended to be limiting. Please note that. Accordingly, the breadth and scope of this disclosure should not be limited by any of the above-described exemplary embodiments, but is defined only in accordance with any of the claims and their equivalents derived from this disclosure. Should be. Furthermore, while the advantages and features described above are provided in the described embodiments, the applications of such published claims may be used to implement methods and structures that realize some or all of the advantages described above. It is not limited to.

加えて、本明細書においてセクションの見出しは、米国特許規則§1.77の規定するところに従って、さもなくば、編成上の目印(organizational cue)として提供されるものである。これらの見出しは、本開示から生じ得る請求項に定める実施形態を制限したりかつ特徴づけたりしないものとする。具体的には、単に例示ではあるが、「技術分野」という見出しがあるが、いわゆる分野(field)を説明するために、この見出しの下に選択された表現によって、特許請求の範囲が限定されることはない。更に、「背景技術」における技術に関する記述が、特定の技術が、本開示における任意の(複数の)実施形態に対する先行技術であることの承認として、解釈されるべきではない。「発明の概要」についても、公開される請求項で述べられる(複数の)実施形態を特徴づけるものとして考えられるべきでない。更に、本開示においては、単数形での「発明(invention)」に対するいずれの言及も、本開示における新規な点が1つのみである、ということを主張するために使用されるべきではない。複数の実施形態は、本開示により、公開される複数の請求項の限定に従って、述べられる場合がある。したがって、これらの請求項は、この(複数の)実施形態及びそれらの同等物を定義することによって、それらを保護している。すべての例において、これらの請求項の範囲は、本開示に照らして、固有の利点が考えられるべきであり、本明細書に述べる見出しによって制約されてはならない。   In addition, section headings herein are provided as organizational cue otherwise as set forth in 37 CFR §1.77. These headings shall not limit or characterize the embodiments defined in the claims that may arise from this disclosure. Specifically, there is a heading of “technical field”, which is merely an example, but the scope of the claims is limited by the expression selected under this heading in order to explain the so-called field. Never happen. Furthermore, a description of a technology in “Background” should not be construed as an admission that the specific technology is prior art to any embodiment (s) in this disclosure. Neither should the “Summary of the Invention” be considered as a characterization of the embodiment (s) set forth in the appended claims. Further, in this disclosure, any reference to “invention” in the singular should not be used to claim that there is only one novel point in the present disclosure. Embodiments may be set forth according to the present disclosure in accordance with the limitations of the multiple claims that are issued. Accordingly, these claims protect these by defining this embodiment (s) and their equivalents. In all instances, the scope of these claims should be considered a unique advantage in light of the present disclosure and should not be limited by the headings set forth herein.

Claims (77)

入力端を有する導波路と、該導波路の該入力端にわたる横方向に、異なる入力位置に配置された光源のアレイと、を含む、指向性バックライトの該光源のアレイを制御する方法であって、
該導波路が、該導波路に沿って光を導くための、相対する第1のガイド表面及び第2のガイド表面を更に含み、該導波路が、該入力位置によって決まる該第1のガイド表面に対する法線に対して横方向に分布した出力方向に、複数の該光源からの入力光を出力光として、該第1のガイド表面を通って複数の光学窓内に配向するように構成されており、
該方法は、該複数の光源を選択的に操作して、光を変動する複数の光学窓内に配向することを含み、該複数の光源は、該横方向の該複数の光源のそれぞれに関連づけられた幅だけ逆にスケーリングされ、該光源のアレイにわたって変動する、光束を有する光を出力するよう制御される、方法。
A method for controlling an array of light sources of a directional backlight, comprising: a waveguide having an input end; and an array of light sources disposed at different input positions in a lateral direction across the input end of the waveguide. And
The waveguide further includes opposing first and second guide surfaces for directing light along the waveguide, the first guide surface being determined by the input location. In the output direction distributed in a direction transverse to the normal line, the input light from the plurality of light sources is output as the output light and is oriented in the plurality of optical windows through the first guide surface. And
The method includes selectively manipulating the plurality of light sources to direct light into a plurality of optical windows that vary in light, the plurality of light sources being associated with each of the plurality of light sources in the lateral direction. A method controlled to output light having a luminous flux that is inversely scaled by a given width and varies across the array of light sources.
前記複数の光源が、最大値を有し、かつ該最大値の両側で減少する、前記入力端にわたる前記入力位置を有する光束分布において、前記光源のアレイにわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項1に記載の方法。   Light having the scaled luminous flux varying across the array of light sources in a luminous flux distribution having the input position across the input end, wherein the plurality of light sources have a maximum value and decrease on both sides of the maximum value. The method of claim 1, wherein the method is controlled to output. 前記光束分布の前記最大値が、前記導波路の光軸と位置合わせされた前記複数の光源に関するものである、請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein the maximum value of the luminous flux distribution is for the plurality of light sources aligned with an optical axis of the waveguide. 前記複数の光源が、ランバート性である配光における前記出力方向の角度によって変動する前記出力光の光度を生成する前記入力位置を有する光束分布において、該複数の光源によって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。   The scaled luminous flux that varies with the plurality of light sources in the luminous flux distribution having the input position that generates the luminous intensity of the output light that varies with the angle of the output direction in a light distribution that is Lambertian. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the method is controlled to output light having: 前記複数の光源が、ランバート性であり、かつすべての出力方向にわたる合計光度が実際の配光と同じである概念的配光よりも大きい、光束分布の前記最大値に対応する最大光度を有する該実際の配光において、前記出力方向の角度によって変動する前記出力光の光度を生成する前記入力位置を有する光束分布において、該光源によって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。   The plurality of light sources are Lambertian and have a maximum luminous intensity corresponding to the maximum value of the luminous flux distribution that is greater than a conceptual light distribution in which the total luminous intensity across all output directions is the same as the actual light distribution. In actual light distribution, in the light flux distribution having the input position that generates the luminous intensity of the output light that varies depending on the angle of the output direction, the light having the scaled light flux that is varied by the light source is output. The method according to any one of claims 1 to 3. 前記指向性バックライトが、前記第1のガイド表面からの前記出力光を受光し、かつ前記出力光を変調して画像を表示するように構成された透過型空間光変調器を更に含むディスプレイデバイスの一部であって、前記方法は、該ディスプレイデバイスにわたって観察者の位置を検出することを更に含み、前記複数の光源を選択的に操作して光を複数の光学窓内に配向する前記工程が、該観察者の該検出された位置に従い、光を複数の光学窓内に配向するよう実施され、前記複数の光源が、該観察者の該検出された位置に従い、前記光源のアレイにわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項1に記載の方法。   A display device wherein the directional backlight further includes a transmissive spatial light modulator configured to receive the output light from the first guide surface and modulate the output light to display an image The method further includes detecting an observer position across the display device, and selectively manipulating the plurality of light sources to direct light into a plurality of optical windows. Is implemented to direct light into a plurality of optical windows according to the detected position of the observer, the plurality of light sources varying across the array of light sources according to the detected position of the observer The method of claim 1, wherein the method is controlled to output light having the scaled luminous flux. 前記複数の光源が、ランバート性である配光において、前記横方向の、前記観察者の前記検出された位置の前記角度によって変動する前記出力光の光度を生成する形で、前記観察者の前記検出された位置に従い、前記複数の光源にわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項6に記載の方法。   In the light distribution having a Lambertian property, the plurality of light sources generate the intensity of the output light that varies according to the angle of the detected position of the observer in the lateral direction. The method of claim 6, wherein the method is controlled to output light having the scaled light flux that varies across the plurality of light sources according to detected positions. 前記複数の光源が、ランバート性であり、かつすべての出力方向にわたる合計光度が実際の配光と同じである概念的配光よりも大きい最大光度を有する該実際の配光において、前記横方向の、前記観察者の前記検出された位置の前記角度によって変動する前記出力光の光度を生成する形で、前記観察者の前記検出された位置に従い、前記複数の光源にわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項6に記載の方法。   In the actual light distribution, wherein the plurality of light sources are Lambertian and have a maximum luminous intensity greater than a conceptual light distribution in which the total luminous intensity across all output directions is the same as the actual light distribution, The scaled luminous flux that varies across the plurality of light sources according to the detected position of the observer in a manner that generates a luminous intensity of the output light that varies with the angle of the detected position of the observer. The method of claim 6, wherein the method is controlled to output light having: 前記複数の光源が、前記横方向の、前記観察者の前記検出された位置の前記角度、及び前記第1のガイド表面に対する法線に沿った方向の、前記観察者の前記検出された位置によって変動する、前記出力光の光度を生成する形で、前記観察者の前記検出された位置に従い、前記複数の光源にわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項6に記載の方法。   The plurality of light sources depends on the detected position of the observer in the lateral direction, the angle of the detected position of the observer, and a direction along a normal to the first guide surface. 7. Controlled to output light having the scaled luminous flux that varies across the plurality of light sources in accordance with the detected position of the observer in a manner that produces a varying intensity of the output light. 6. The method according to 6. 前記複数の光源を選択的に操作して光を前記出力方向に対応する変動する複数の光学窓内に配向する前記工程が、少なくとも2つの同時に照射される光学窓を含む少なくとも1つの視野窓内に光を配向するよう実施され、前記複数の光源が、前記観察者の前記検出された位置に従い変動し、前記少なくとも1つの視野窓の該複数の光学窓にわたって更に変動する、前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項6〜9のいずれか一項に記載の方法。   In at least one viewing window, wherein the step of selectively manipulating the plurality of light sources to direct light into a plurality of fluctuating optical windows corresponding to the output direction includes at least two simultaneously illuminated optical windows. Wherein the plurality of light sources varies according to the detected position of the observer and further varies across the plurality of optical windows of the at least one field window. 10. The method according to any one of claims 6 to 9, wherein the method is controlled to output light having: 前記少なくとも1つの視野窓が、少なくとも3つの同時に照射される光学窓を含み、前記複数の光源が、最大値を有し、該最大値の両側で減少する、視野窓分布における該少なくとも3つの同時に照射される光学窓にわたって変動する、前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項10に記載の方法。   The at least one field window includes at least three simultaneously illuminated optical windows, and the plurality of light sources have a maximum value and decrease on both sides of the maximum value, the at least three simultaneously in a field window distribution. The method of claim 10, wherein the method is controlled to output light having the scaled luminous flux that varies across the illuminated optical window. 前記空間光変調器を制御して、一時的に多重化された左右の画像を表示することを更に含み、前記複数の光源の選択的操作が、前記観察者の前記検出された位置に従い、前記観察者の左右の目に対応する複数の光学窓内に、前記表示された左右の画像を配向するのに同期して実施される、請求項6〜8のいずれか一項に記載の方法。   Further comprising controlling the spatial light modulator to display a temporally multiplexed left and right image, wherein the selective operation of the plurality of light sources is performed according to the detected position of the observer, 9. The method according to any one of claims 6 to 8, wherein the method is performed synchronously to orient the displayed left and right images within a plurality of optical windows corresponding to the left and right eyes of the observer. 前記出力光が、左又は右の画像のいずれによって変調されるかに従い、前記複数の光源が、前記光源のアレイにわたって変動する光束線密度を有する光を出力するよう制御される、請求項12に記載の方法。   13. The light source of claim 12, wherein the plurality of light sources are controlled to output light having a flux line density that varies across the array of light sources, depending on whether the output light is modulated by a left or right image. The method described. 前記複数の光源が、ランバート性である光度が異なる、前記横方向の、前記観察者の前記左右の目の角度によって変動する、前記出力光の光度を生成する形で、前記出力光が、左又は右の画像のいずれによって変調されるかに従い、前記光源のアレイにわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項13に記載の方法。   The plurality of light sources generate luminosity of the output light that varies according to the angle of the left and right eyes of the observer in the lateral direction, the luminosity being Lambertian, and the output light is left 14. The method of claim 13, wherein the method is controlled to output light having the scaled luminous flux that varies across the array of light sources, depending on whether it is modulated by the right image or the right image. 前記複数の光源を選択的に操作して、前記出力方向に対応する変動する複数の光学窓内に光を配向する前記工程が、少なくとも2つの同時に照射される左光学窓を含む左視野窓内、及び少なくとも2つの同時に照射される右光学窓を含む右視野窓内に、光を配向するよう実施され、該複数の光源が、該左右の視野窓のそれぞれの該少なくとも2つの光学窓にわたって更に変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項13又は14に記載の方法。   In the left viewing window, the step of selectively manipulating the plurality of light sources to direct light into a plurality of fluctuating optical windows corresponding to the output direction includes at least two simultaneously illuminated left optical windows. And in a right viewing window including at least two simultaneously illuminated right optical windows, wherein the plurality of light sources further extends over the at least two optical windows of each of the left and right viewing windows. 15. A method according to claim 13 or 14, wherein the method is controlled to output light having the scaled luminous flux varying. 前記複数の光源が、最大値を有し、前記右視野窓に隣接する該最大値の側で減少する左視野窓分布において、前記少なくとも2つの同時に照射される左光学窓にわたって変動し、かつ最大値を有し、該左視野窓に隣接する該最大値の側で減少する視野窓分布において、前記少なくとも2つの同時に照射される右光学窓にわたって変動する、前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項15に記載の方法。   The plurality of light sources has a maximum value and varies across the at least two simultaneously illuminated left optical windows in a left field window distribution that decreases on a side of the maximum value adjacent to the right field window; and a maximum Output light having the scaled luminous flux that varies across the at least two simultaneously illuminated right optical windows in a field window distribution having a value and decreasing on the maximum value side adjacent to the left field window The method of claim 15, wherein the method is controlled to. 前記左視野窓分布が、前記最大値の両側で減少し、かつ前記右視野窓分布が、前記最大値の両側で減少する、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein the left viewing window distribution decreases on both sides of the maximum value and the right viewing window distribution decreases on both sides of the maximum value. 前記指向性バックライトが、前記第1のガイド表面からの前記出力光を受光し、かつ該出力光を変調して画像を表示するように構成された透過型空間光変調器を更に含むディスプレイデバイスの一部であり、
前記方法は、該空間光変調器を制御して、一時的に多重化された左右の画像を表示することを更に含み、前記複数の光源の選択的操作が、少なくとも2つの同時に照射される左光学窓を含む左視野窓内、及び少なくとも2つの同時に照射される右光学窓を含む右視野窓内に光を配向するのに同期して実施され、前記複数の光源が、該左右の視野窓のそれぞれの該少なくとも2つの光学窓にわたって更に変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項1に記載の方法。
A display device wherein the directional backlight further includes a transmissive spatial light modulator configured to receive the output light from the first guide surface and modulate the output light to display an image Is part of
The method further includes controlling the spatial light modulator to display a temporally multiplexed left and right image, wherein the selective operation of the plurality of light sources is at least two simultaneously illuminated left Implemented in synchronization with directing light in a left viewing window including an optical window and in a right viewing window including at least two simultaneously illuminated right optical windows, wherein the plurality of light sources are the left and right viewing windows. The method of claim 1, wherein the method is controlled to output light having the scaled luminous flux further varying over each of the at least two optical windows.
前記第1のガイド表面が、内部全反射により光を導くように構成され、前記第2のガイド表面が、前記出力光として前記第1のガイド表面を通って出射することを可能にする方向に、前記導波路を通って案内される光を反射するよう方向づけられた複数の光抽出機構と、光を抽出することなく、前記導波路を通って光を配向するように構成される該複数の光抽出機構の間の複数の中間領域と、を含む、請求項1〜18のいずれか一項に記載の方法。   The first guide surface is configured to guide light by total internal reflection and in a direction that allows the second guide surface to exit through the first guide surface as the output light. A plurality of light extraction mechanisms directed to reflect light guided through the waveguide, and the plurality of light extraction mechanisms configured to direct light through the waveguide without extracting light. 19. A method according to any one of the preceding claims, comprising a plurality of intermediate regions between light extraction mechanisms. 前記第2のガイド表面が、前記複数の光抽出機構である複数のファセットと、複数の中間領域と、を含む、段付き形状を有する、請求項19に記載の方法。   The method of claim 19, wherein the second guide surface has a stepped shape including a plurality of facets that are the plurality of light extraction features and a plurality of intermediate regions. 前記第2のガイド表面の前記複数のファセットが、内部全反射により光を反射するように構成され、これによって、該複数のファセットにより反射された前記出力光の前記光束が、前記入力光の前記光束の割合として、異なる複数の光源に対する変動を有し、前記複数の光源が、該複数のファセットにより反射された前記出力光の前記光束における前記変動を補正する形で、前記光源のアレイにわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項20に記載の方法。   The plurality of facets of the second guide surface are configured to reflect light by total internal reflection, whereby the luminous flux of the output light reflected by the plurality of facets is The ratio of the light flux has fluctuations for different light sources, and the light sources vary across the array of light sources in a manner that corrects the fluctuations in the light flux of the output light reflected by the facets. 21. The method of claim 20, wherein the method is controlled to output light having the scaled luminous flux. 前記第1のガイド表面が、内部全反射によって光を導くように構成され、前記第2のガイド表面が、実質的に平面であり、前記第1のガイド表面を通って光を出力するための該内部全反射を変化させる方向に光を反射する角度に傾斜し、
前記ディスプレイデバイスが、前記空間光変調器に対する法線に向けて光を偏向させるための前記導波路の前記第1のガイド表面にわたって伸長する偏向素子を更に含む、請求項1〜18のいずれか一項に記載の方法。
The first guide surface is configured to direct light by total internal reflection, and the second guide surface is substantially planar for outputting light through the first guide surface; Tilt to an angle that reflects light in a direction that changes the total internal reflection,
19. The display device according to any one of the preceding claims, wherein the display device further comprises a deflection element extending over the first guide surface of the waveguide for deflecting light towards a normal to the spatial light modulator. The method according to item.
前記導波路が、前記入力光からの光を反射して前記導波路を通って戻すための、前記入力端に対向する反射端を更に含み、前記導波路が、前記複数の光源からの入力光を、前記反射端からの反射後に、前記第1のガイド表面を通る出力光として配向するように構成される、請求項1〜22のいずれか一項に記載の方法。   The waveguide further includes a reflective end facing the input end for reflecting light from the input light back through the waveguide, the waveguide being input light from the plurality of light sources. 23. The method of any one of claims 1-22, wherein the method is configured to direct light as output light through the first guide surface after reflection from the reflective end. 前記反射端が、前記導波路にわたる横方向の正の屈折力を有する、請求項23に記載の方法。   24. The method of claim 23, wherein the reflective end has a lateral positive power across the waveguide. 前記光源のアレイが、前記導波路の前記入力端にわたる前記横方向に、一定のピッチで異なる入力位置に配置され、これによって、前記スケーリングされた光束は、前記複数の光源の実際の光束である、請求項1〜24のいずれか一項に記載の方法。   The array of light sources is arranged at different input positions at a constant pitch in the lateral direction across the input end of the waveguide so that the scaled light flux is the actual light flux of the plurality of light sources. 25. A method according to any one of claims 1 to 24. 指向性ディスプレイ装置であって、
ディスプレイデバイスであって、
入力端を有する導波路と、
該導波路の該入力端にわたる横方向に、異なる入力位置に配置され、該導波路が、該導波路に沿って光を導くための、相対する第1のガイド表面及び第2のガイド表面を更に含み、該導波路が、該入力位置によって決まる該第1のガイド表面に対する法線に対して横方向に分布した出力方向に、複数の光源からの入力光を出力光として、該第1のガイド表面を通って複数の光学窓内に配向するように構成されている、光源のアレイと、
該第1のガイド表面からの該出力光を受光し、該出力光を変調して画像を表示するように構成された透過型空間光変調器と、を含む、ディスプレイデバイスと、
該複数の光源を選択的に操作して、変動する複数の光学窓内に光を配向し、かつ該複数の光源を制御して、該横方向の該各光源に関連づけられた幅だけ逆にスケーリングされ、該光源のアレイにわたって変動する光束を有する光を出力するように構成された制御システムと、を含む、指向性ディスプレイ装置。
A directional display device,
A display device,
A waveguide having an input end;
Disposed at different input positions laterally across the input end of the waveguide, the waveguides having opposing first and second guide surfaces for directing light along the waveguide. In addition, the waveguide includes, as output light, input light from a plurality of light sources in an output direction distributed in a direction transverse to a normal to the first guide surface determined by the input position. An array of light sources configured to be oriented in the plurality of optical windows through the guide surface;
A transmissive spatial light modulator configured to receive the output light from the first guide surface and modulate the output light to display an image; and a display device;
Selectively manipulating the plurality of light sources to direct light within the fluctuating optical windows and controlling the plurality of light sources to reverse by a width associated with each of the lateral light sources And a control system configured to output light having a luminous flux that is scaled and varies across the array of light sources.
前記制御システムが、前記複数の光源を制御して、最大値を有し、かつ該最大値の両側で減少する、前記入力端にわたる前記入力位置を有する光束分布において、前記光源のアレイにわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項26に記載の指向性ディスプレイ装置。   The control system controls the plurality of light sources to vary across the array of light sources in a luminous flux distribution having the input position across the input end having a maximum value and decreasing on both sides of the maximum value. 27. A directional display device according to claim 26, configured to output light having the scaled luminous flux. 前記光束分布の前記最大値が、前記導波路の前記光軸と位置合わせされた前記複数の光源に関するものである、請求項27に記載の指向性ディスプレイ装置。   28. The directional display device according to claim 27, wherein the maximum value of the luminous flux distribution relates to the plurality of light sources aligned with the optical axis of the waveguide. 前記制御システムが、前記複数の光源を制御して、ランバート性である配光における前記出力方向の角度によって変動する前記出力光の光度を生成する前記入力位置を有する光束分布において、該複数の光源によって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項26〜28のいずれか一項に記載の指向性ディスプレイ装置。   In the luminous flux distribution having the input position, wherein the control system controls the plurality of light sources to generate a luminous intensity of the output light that varies depending on an angle of the output direction in a light distribution having a Lambertian property. 29. A directional display device according to any one of claims 26 to 28, configured to output light having the scaled luminous flux that fluctuates according to. 前記制御システムが、前記複数の光源を制御して、ランバート性であり、かつすべての出力方向にわたる合計光度が実際の配光と同じである概念的配光よりも大きい、光束分布の前記最大値に対応する最大光度を有する該実際の配光において、該出力方向の角度によって変動する前記出力光の光度を生成する前記入力位置を有する光束分布において、該複数の光源によって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項26〜28のいずれか一項に記載の指向性ディスプレイ装置。   The control system controls the plurality of light sources to be lambertian and has a maximum luminous flux distribution greater than a conceptual light distribution in which the total luminous intensity over all output directions is the same as the actual light distribution In the actual light distribution having a maximum luminous intensity corresponding to the scaled light flux distribution having the input position for generating the luminous intensity of the output light that varies with the angle of the output direction, the scaled variable with the plurality of light sources. 29. A directional display device according to any one of claims 26 to 28, configured to output light having a luminous flux. 前記制御システムが、前記ディスプレイデバイスにわたって観察者の位置を検出するように構成されたセンサーシステムを更に含み、前記制御システムが、前記光源を選択的に操作して、該観察者の該検出された位置に従い、複数の光学窓内に光を配向するように構成され、前記制御システムが、前記複数の光源を制御して、該観察者の該検出された位置に従い、前記光源のアレイにわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項26に記載の指向性ディスプレイ装置。   The control system further includes a sensor system configured to detect a position of the observer across the display device, the control system selectively operating the light source to detect the detected of the observer Configured to direct light into a plurality of optical windows according to position, wherein the control system controls the plurality of light sources to vary across the array of light sources according to the detected position of the observer 27. A directional display device according to claim 26, configured to output light having the scaled luminous flux. 前記制御システムが、前記複数の光源を制御して、ランバート性である配光における前記横方向の、前記観察者の前記検出された位置の角度によって変動する前記出力光の光度を生成する形で、前記観察者の前記検出された位置に従い、前記複数の光源にわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項31に記載の指向性ディスプレイ装置。   The control system controls the plurality of light sources to generate a luminous intensity of the output light that varies according to an angle of the detected position of the observer in the lateral direction in a light distribution that is Lambertian. 32. The directional display device of claim 31, configured to output light having the scaled luminous flux that varies across the plurality of light sources according to the detected position of the observer. 前記制御システムが、前記複数の光源を制御して、ランバート性であり、かつすべての出力方向にわたる合計光度が実際の配光と同じである概念的配光よりも大きい最大光度を有する該実際の配光において、前記横方向の、前記観察者の前記検出された位置の角度によって変動する、前記出力光の光度を生成する形で、前記観察者の前記検出された位置に従い、前記複数の光源にわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項31に記載の指向性ディスプレイ装置。   The control system controls the plurality of light sources to have a maximum luminous intensity greater than a conceptual light distribution that is Lambertian and the total luminous intensity across all output directions is the same as the actual light distribution. In the light distribution, the plurality of light sources according to the detected position of the observer in a form that generates a luminous intensity of the output light that varies according to an angle of the detected position of the observer in the lateral direction. 32. The directional display device according to claim 31, configured to output light having the scaled luminous flux varying over time. 前記複数の光源が、前記横方向の、前記観察者の前記検出された位置の前記角度、及び前記第1のガイド表面に対する法線に沿った方向の、前記観察者の前記検出された位置によって変動する、前記出力光の光度を生成する形で、前記観察者の前記検出された位置に従い、前記複数の光源にわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項31に記載の指向性ディスプレイ装置。   The plurality of light sources depends on the detected position of the observer in the lateral direction, the angle of the detected position of the observer, and a direction along a normal to the first guide surface. 7. Controlled to output light having the scaled luminous flux that varies across the plurality of light sources in accordance with the detected position of the observer in a manner that produces a varying intensity of the output light. 32. The directional display device according to 31. 前記制御システムが、前記複数の光源を制御して、少なくとも2つの同時に照射される光学窓を含む少なくとも1つの視野窓内に光を配向し、前記観察者の前記検出された位置に従い変動し、かつ前記少なくとも1つの視野窓の該複数の光学窓にわたって更に変動する、前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項31〜34のいずれか一項に記載の指向性ディスプレイ装置。   The control system controls the plurality of light sources to direct light into at least one field window including at least two simultaneously illuminated optical windows, varying according to the detected position of the observer; 35. The directivity according to any one of claims 31 to 34, configured to output light having the scaled luminous flux that further varies across the plurality of optical windows of the at least one viewing window. Display device. 前記少なくとも1つの視野窓が、少なくとも3つの同時に照射される光学窓を含み、前記制御システムが、前記複数の光源を制御して、最大値を有し、かつ該最大値の両側で減少する、視野窓分布における該少なくとも3つの同時に照射される光学窓にわたって変動する、前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項35に記載の指向性ディスプレイ装置。   The at least one field window includes at least three simultaneously illuminated optical windows, and the control system controls the plurality of light sources to have a maximum value and to decrease on both sides of the maximum value; 36. The directional display device of claim 35, configured to output light having the scaled luminous flux that varies across the at least three simultaneously illuminated optical windows in a field window distribution. 自動立体ディスプレイ装置であって、前記制御システムが、前記空間光変調器を制御して、一時的に多重化された左右の画像を表示し、前記観察者の前記検出された位置に従い、前記観察者の左右の目に対応する複数の光学窓内に、該表示された左右の画像を配向するのに同期して、前記複数の光源を選択的に操作するように構成される、請求項31〜33のいずれか一項に記載の指向性ディスプレイ装置。   An autostereoscopic display device, wherein the control system controls the spatial light modulator to display temporarily multiplexed left and right images, and according to the detected position of the observer, the observation 32. The plurality of light sources are configured to be selectively operated in synchronization with the orientation of the displayed left and right images in a plurality of optical windows corresponding to the left and right eyes of the person. 34. The directional display device according to any one of -33. 前記制御システムが、前記複数の光源を制御して、前記出力光が、左又は右の画像のいずれによって変調されるかに従い、前記光源のアレイにわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項37に記載の指向性ディスプレイ装置。   The control system controls the plurality of light sources to output light having the scaled luminous flux that varies across the array of light sources according to whether the output light is modulated by a left or right image. 38. A directional display device according to claim 37, configured to: 前記制御システムが、前記光源を制御して、ランバート性である光度が異なる、前記横方向の、前記観察者の前記左右の目の角度によって変動する、前記出力光の光度を生成する形で、前記出力光が、左又は右の画像のいずれによって変調されるかに従い、前記光源のアレイにわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項38に記載の指向性ディスプレイ装置。   The control system controls the light source to generate a luminous intensity of the output light that varies with the angle of the left and right eyes of the observer in the lateral direction, where the luminous intensity is Lambertian. 39. A directivity according to claim 38, configured to output light having the scaled luminous flux varying across the array of light sources, depending on whether the output light is modulated by a left or right image. Display device. 前記制御システムが、前記複数の光源を制御して、少なくとも2つの同時に照射される左光学窓を含む左視野窓内、及び少なくとも2つの同時に照射される右光学窓を含む右視野窓内に、光を配向するように構成され、前記制御システムが、前記複数の光源を制御して、該左右の視野窓のそれぞれの該少なくとも2つの光学窓にわたって更に変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項38又は39に記載の指向性ディスプレイ装置。   The control system controls the plurality of light sources in a left viewing window including at least two simultaneously illuminated left optical windows and in a right viewing window including at least two simultaneously illuminated right optical windows; Configured to direct light, and wherein the control system controls the plurality of light sources to direct the light having the scaled luminous flux further varying across the at least two optical windows of each of the left and right viewing windows. 40. A directional display device according to claim 38 or 39 configured to output. 前記制御システムが、前記複数の光源を制御して、最大値を有し、前記右視野窓に隣接する該最大値の側で減少する、左視野窓分布において、前記少なくとも2つの同時に照射される左光学窓にわたって変動し、かつ最大値を有し、前記左視野窓に隣接する該最大値の側で減少する、視野窓分布において、前記少なくとも2つの同時に照射される右光学窓にわたって変動する、前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項40に記載の指向性ディスプレイ装置。   The control system controls the plurality of light sources to illuminate the at least two simultaneously in a left viewing window distribution having a maximum value and decreasing on a side of the maximum value adjacent to the right viewing window. Fluctuating across the at least two simultaneously illuminated right optical windows in a field window distribution that varies across the left optical window and has a maximum value and decreases on the side of the maximum value adjacent to the left field window; 41. A directional display device according to claim 40, configured to output light having the scaled luminous flux. 前記左視野窓分布が、前記最大値の両側で減少し、前記右視野窓分布が、該最大値の両側で減少する、請求項41に記載の指向性ディスプレイ装置。   42. The directional display device according to claim 41, wherein the left viewing window distribution decreases on both sides of the maximum value and the right viewing window distribution decreases on both sides of the maximum value. 自動立体ディスプレイ装置であって、
前記制御システムが、前記空間光変調器を制御して、一時的に多重化された左右の画像を表示するように構成され、前記制御システムが、少なくとも2つの同時に照射される左光学窓を含む左視野窓内、及び少なくとも2つの同時に照射される右光学窓を含む右視野窓内に、光を配向するのに同期して、前記複数の光源を制御するように構成され、該制御システムが、該複数の光源を制御して、該左右の視野窓のそれぞれの該少なくとも2つの光学窓にわたって更に変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項26に記載の指向性ディスプレイ装置。
An autostereoscopic display device,
The control system is configured to control the spatial light modulator to display temporally multiplexed left and right images, the control system including at least two simultaneously illuminated left optical windows Configured to control the plurality of light sources in synchronization with directing light within a left viewing window and within a right viewing window including at least two simultaneously illuminated right optical windows, the control system comprising: 27. configured to control the plurality of light sources to output light having the scaled luminous flux further varying across the at least two optical windows of each of the left and right viewing windows. Directional display device.
前記第1のガイド表面が、内部全反射により光を導くように構成され、前記第2のガイド表面が、前記出力光として前記第1のガイド表面を通って出射することを可能にする方向に、前記導波路を通って導かれる光を反射するよう方向づけられた複数の光抽出機構と、光を抽出することなく、前記導波路を通ってその光を配向するように構成される該複数の光抽出機構の間の複数の中間領域と、を含む、請求項26〜43のいずれか一項に記載の指向性ディスプレイ装置。   The first guide surface is configured to guide light by total internal reflection and in a direction that allows the second guide surface to exit through the first guide surface as the output light. A plurality of light extraction mechanisms oriented to reflect light directed through the waveguide, and the plurality of light extraction mechanisms configured to direct the light through the waveguide without extracting light. 44. A directional display device according to any one of claims 26 to 43, comprising a plurality of intermediate regions between light extraction mechanisms. 前記第2のガイド表面が、前記複数の光抽出機構である複数のファセットと、前記複数の中間領域と、を含む、段付き形状を有する、請求項44に記載の指向性ディスプレイ装置。   45. The directional display device according to claim 44, wherein the second guide surface has a stepped shape including a plurality of facets as the plurality of light extraction mechanisms and the plurality of intermediate regions. 前記第2のガイド表面の前記複数のファセットが、内部全反射により光を反射するように構成され、これによって、前記複数のファセットによって反射された前記出力光の前記光束が、前記入力光の前記光束の割合として、異なる複数の光源に対して変動し、前記制御システムが、前記複数の光源を制御して、前記複数のファセットにより反射された前記出力光の前記光束における前記変動を補正する形で、前記光源のアレイにわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項45に記載の指向性ディスプレイ装置。   The plurality of facets of the second guide surface are configured to reflect light by total internal reflection, whereby the light flux of the output light reflected by the plurality of facets is The ratio of the luminous flux varies with respect to a plurality of different light sources, and the control system controls the plurality of light sources to correct the variation in the luminous flux of the output light reflected by the plurality of facets. 46. The directional display device of claim 45, configured to output light having the scaled luminous flux that varies across the array of light sources. 前記第1のガイド表面が、内部全反射によって光を導くように構成され、前記第2のガイド表面が、実質的に平面であり、前記第1のガイド表面を通って光を出力するための該内部全反射を変化させる方向に光を反射する角度に傾斜し、前記ディスプレイデバイスが、前記空間光変調器に対する法線に向けて光を偏向させるための前記導波路の前記第1のガイド表面にわたって伸長する偏向素子を更に含む、請求項26〜43のいずれか一項に記載の指向性ディスプレイ装置。   The first guide surface is configured to direct light by total internal reflection, and the second guide surface is substantially planar for outputting light through the first guide surface; The first guide surface of the waveguide tilted at an angle to reflect light in a direction that changes the total internal reflection and the display device deflects the light toward a normal to the spatial light modulator 44. The directional display device according to any one of claims 26 to 43, further comprising a deflection element extending over the directional display. 前記導波路が、前記入力光からの光を反射して前記導波路を通って戻すための、前記入力端に対向する反射端を更に含み、前記導波路が、前記複数の光源からの入力光を、該反射端からの反射後、前記第1のガイド表面を通る出力光として配向するように構成される、請求項26〜47のいずれか一項に記載の指向性ディスプレイ装置。   The waveguide further includes a reflective end facing the input end for reflecting light from the input light back through the waveguide, the waveguide being input light from the plurality of light sources. 48. A directional display device according to any one of claims 26 to 47, wherein the directional display device is configured to be oriented as output light passing through the first guide surface after reflection from the reflection end. 前記反射端が、前記導波路にわたる横方向の正の屈折力を有する、請求項48に記載の指向性ディスプレイ装置。   49. A directional display device according to claim 48, wherein the reflective end has a lateral positive refractive power across the waveguide. 前記光源のアレイが、前記導波路の前記入力端にわたる前記横方向に、一定のピッチで異なる入力位置に配置され、これによって、前記スケーリングされた光束が、前記複数の光源の実際の光束である、請求項26〜49のいずれか一項に記載の指向性ディスプレイ装置。   The array of light sources is disposed at different input positions at a constant pitch in the lateral direction across the input end of the waveguide, so that the scaled light flux is the actual light flux of the plurality of light sources. The directional display device according to any one of claims 26 to 49. 入力端を有する導波路と、該導波路の該入力端にわたる横方向に、異なる入力位置に配置された光源のアレイと、を含む、指向性バックライトの該光源のアレイを制御する方法であって、
該導波路が、該導波路に沿って光を導くための、相対する第1のガイド表面及び第2のガイド表面と、複数の該光源からの入力光を反射して該導波路を通って戻すための、該入力端に対向する反射端と、を更に含み、該導波路が、該入力位置によって決まる該第1のガイド表面に対する法線に対して横方向に分布した出力方向に、該反射端からの反射後に、該複数の光源からの入力光を出力光として、該第1のガイド表面を通って複数の光学窓内に配向するように構成されており、
該方法は、
該複数の光源を選択的に操作して、前記出力方向に対応する変動する光学窓内に光を配向する駆動信号を、該光源に供給することと、
該反射端からの反射後、該光源から該入力端に入射した光を感知し、該駆動信号が、該入力端に入射した該感知された光に応じて較正されることと、を含む、方法。
A method for controlling an array of light sources of a directional backlight, comprising: a waveguide having an input end; and an array of light sources disposed at different input positions in a lateral direction across the input end of the waveguide. And
The waveguide reflects the input light from the plurality of light sources through the waveguide by reflecting opposite first and second guide surfaces for guiding light along the waveguide. A reflective end opposite the input end for returning, wherein the waveguide is in an output direction distributed laterally to a normal to the first guide surface determined by the input position, After reflection from the reflection end, the input light from the plurality of light sources is output light, and is configured to be oriented in the plurality of optical windows through the first guide surface,
The method
Selectively operating the plurality of light sources to provide the light source with a drive signal that directs light within a fluctuating optical window corresponding to the output direction;
Sensing light incident on the input from the light source after reflection from the reflective end, and calibrating the drive signal in response to the sensed light incident on the input. Method.
前記入力端に入射した光の前記感知において、前記横方向の前記光源のアレイの外側の前記入力端の領域で配列されたセンサー素子を使用する、請求項51に記載の方法。   52. The method of claim 51, wherein in sensing the light incident on the input end, sensor elements arranged in the area of the input end outside the array of light sources in the lateral direction are used. 前記入力端に入射した光の前記感知において、前記光源のアレイの両側における、前記横方向の前記光源のアレイの外側の前記入力端の領域で配列されたセンサー素子を使用する、請求項52に記載の方法。   53. In the sensing of light incident on the input end, sensor elements arranged in the region of the input end outside the array of light sources in the lateral direction on both sides of the array of light sources are used. The method described. 前記入力端に入射した光の前記感知において、同時に操作されない前記アレイの光源を使用する、請求項51に記載の方法。   52. The method of claim 51, wherein the sensing of light incident on the input uses a light source of the array that is not operated simultaneously. 前記複数の光源が、複数の発光ダイオードであり、前記入力端に入射した光の前記感知において、逆バイアスで操作される前記アレイの光源を使用する、請求項54に記載の方法。   55. The method of claim 54, wherein the plurality of light sources are a plurality of light emitting diodes, and the sensing of the light incident on the input uses the array's light sources operated in reverse bias. 前記複数の光源が、前記光源のアレイにわたってあらかじめ定められた分布を有する光束を有する光を出力するように前記駆動信号のレベルが較正される、請求項51〜55のいずれか一項に記載の方法。   56. The level of the drive signal is calibrated such that the plurality of light sources output light having a light flux having a predetermined distribution across the array of light sources. Method. 前記第1のガイド表面が、内部全反射により光を導くように構成され、前記第2のガイド表面が、前記出力光として前記第1のガイド表面を通って出射することを可能にする方向に、前記導波路を通って導かれる光を反射するよう方向づけられた複数の光抽出機構と、光を抽出することなく、前記導波路を通って光を配向するように構成される該複数の光抽出機構の間の複数の中間領域と、を含む、請求項51〜56のいずれか一項に記載の方法。   The first guide surface is configured to guide light by total internal reflection and in a direction that allows the second guide surface to exit through the first guide surface as the output light. A plurality of light extraction mechanisms directed to reflect light directed through the waveguide, and the plurality of lights configured to direct light through the waveguide without extracting light 57. A method according to any one of claims 51 to 56, comprising a plurality of intermediate regions between extraction mechanisms. 前記第2のガイド表面が、前記複数の光抽出機構である複数のファセットと、前記複数の中間領域と、を含む、段付き形状を有する、請求項57に記載の方法。   58. The method of claim 57, wherein the second guide surface has a stepped shape including a plurality of facets that are the plurality of light extraction features and the plurality of intermediate regions. 前記第1のガイド表面が、内部全反射によって光を導くように構成され、前記第2のガイド表面が、実質的に平面であり、前記第1のガイド表面を通って光を出力するための該内部全反射を変化させる方向に光を反射する角度に傾斜し、前記ディスプレイデバイスが、前記空間光変調器に対する法線に向けて光を偏向させるための前記導波路の前記第1のガイド表面にわたって伸長する偏向素子を更に含む、請求項51〜58のいずれか一項に記載の方法。   The first guide surface is configured to direct light by total internal reflection, and the second guide surface is substantially planar for outputting light through the first guide surface; The first guide surface of the waveguide tilted at an angle to reflect light in a direction that changes the total internal reflection and the display device deflects the light toward a normal to the spatial light modulator 59. A method as claimed in any one of claims 51 to 58, further comprising a deflection element extending across. 前記反射端が、前記導波路にわたる横方向の正の屈折力を有する、請求項51〜59のいずれか一項に記載の方法。   60. A method according to any one of claims 51 to 59, wherein the reflective end has a lateral positive refractive power across the waveguide. 前記指向性バックライトが、前記第1のガイド表面からの前記出力光を受光し、該出力光を変調して画像を表示するように構成された透過型空間光変調器を更に含むディスプレイデバイスの一部である、請求項51〜60のいずれか一項に記載の方法。   The display device further includes a transmissive spatial light modulator configured to receive the output light from the first guide surface and to modulate the output light to display an image. 61. A method according to any one of claims 51 to 60, which is a part. 前記ディスプレイデバイスを制御して、一時的に多重化された左右の画像を表示することを更に含み、前記複数の光源の選択的操作が、観察者の左右の目に対応する位置にて、光学窓内に、該表示された左右の画像を配向するのに同期して実施される、請求項61に記載の方法。   The method further includes controlling the display device to display temporarily multiplexed left and right images, wherein the selective operation of the plurality of light sources is optical at a position corresponding to the left and right eyes of the observer. 62. The method of claim 61, wherein the method is performed synchronously to orient the displayed left and right images within a window. 前記ディスプレイデバイスにわたって観察者の位置を検出することを更に含み、観察者の左右の目に対応する位置にて、複数の光学窓内に、前記表示された左右の画像を配向する前記複数の光源の前記選択的操作が、該観察者の該検出された位置に従い実施される、請求項62に記載の方法。   Detecting the position of an observer across the display device, the plurality of light sources for directing the displayed left and right images in a plurality of optical windows at positions corresponding to the left and right eyes of the observer 64. The method of claim 62, wherein the selective manipulation of is performed according to the detected location of the observer. 指向性バックライト装置であって、
入力端を有する導波路と、
該導波路の該入力端にわたる横方向に、異なる入力位置に配置され、該導波路が、該導波路に沿って光を導くための、相対する第1のガイド表面及び第2のガイド表面と、光源からの入力光を反射し、該導波路を通って戻るための、該入力端に対向する反射端と、を更に含み、該導波路が、該入力位置によって決まる該第1のガイド表面に対する法線に対して横方向に分布した出力方向に、該反射端からの反射後、該光源からの入力光を出力光として、該第1のガイド表面を通って複数の光学窓内に配向するように構成されている、光源のアレイと、
複数の該光源を選択的に操作して、前記出力方向に対応する変動する複数の光学窓内に光を配向する駆動信号を、該複数の光源に供給するように構成された制御システムであって、該制御システムが、該反射端からの反射後に、該複数の光源から該入力端に入射した光を感知し、該駆動信号を、該入力端に入射した該感知された光に応じて較正するように構成される、制御システムと、を含む、指向性バックライト装置。
A directional backlight device,
A waveguide having an input end;
Opposing first and second guide surfaces disposed at different input locations laterally across the input end of the waveguide, the waveguides for guiding light along the waveguide; A reflective end opposite the input end for reflecting input light from the light source and returning through the waveguide, the first guide surface being dependent on the input position Oriented in the plurality of optical windows through the first guide surface as output light after the reflection from the reflection end in the output direction distributed in a direction transverse to the normal to An array of light sources configured to, and
A control system configured to selectively operate the plurality of light sources to supply a drive signal for directing light into the plurality of fluctuating optical windows corresponding to the output direction to the plurality of light sources. The control system senses light incident on the input end from the plurality of light sources after reflection from the reflection end, and determines the drive signal according to the sensed light incident on the input end. A directional backlight device comprising a control system configured to calibrate.
前記制御システムが、光の前記感知を行う、前記入力端に配列された複数のセンサー素子を更に含む、請求項64に記載の指向性バックライト装置。   The directional backlight device according to claim 64, wherein the control system further includes a plurality of sensor elements arranged at the input end for performing the sensing of light. 前記複数のセンサー素子が、前記横方向の前記光源のアレイの外側の前記入力端の領域に配列される、請求項65に記載の指向性バックライト装置。   66. The directional backlight device according to claim 65, wherein the plurality of sensor elements are arranged in a region of the input end outside the array of light sources in the lateral direction. 前記複数のセンサー素子が、前記光源のアレイの両側で、前記横方向の前記光源のアレイの外側の前記入力端の領域で配列される、請求項66に記載の指向性バックライト装置。   68. The directional backlight device of claim 66, wherein the plurality of sensor elements are arranged on both sides of the light source array, in the input end region outside the lateral light source array. 前記制御システムが、同時に操作されない前記アレイの光源を使用する、前記入力端に入射した光の前記感知を行うように構成される、請求項64に記載の指向性バックライト装置。   65. The directional backlight device of claim 64, wherein the control system is configured to perform the sensing of light incident on the input using light sources of the array that are not operated simultaneously. 前記複数の光源が、複数の発光ダイオードであり、前記制御システムが、逆バイアスで操作される前記アレイの光源を使用する、前記入力端に入射する光の前記感知を行うように構成される、請求項68に記載の指向性バックライト装置。   The plurality of light sources is a plurality of light emitting diodes, and the control system is configured to perform the sensing of light incident on the input using a light source of the array operated in reverse bias. The directional backlight device according to claim 68. 前記制御システムが、前記複数の光源に供給された駆動信号を較正するように構成され、これにより、前記複数の光源が、前記光源のアレイにわたってあらかじめ定められた分布を有する光束を有する光を出力する、請求項64〜69のいずれか一項に記載の指向性バックライト装置。   The control system is configured to calibrate drive signals provided to the plurality of light sources, whereby the plurality of light sources output light having a light flux having a predetermined distribution across the array of light sources. 70. The directional backlight device according to any one of claims 64 to 69. 前記第1のガイド表面が、内部全反射により光を導くように構成され、前記第2のガイド表面が、前記出力光として前記第1のガイド表面を通って出射することを可能にする方向に、前記導波路を通って導かれる光を反射するよう方向づけられた複数の光抽出機構と、光を抽出することなく、前記導波路を通って光を配向するように構成される該複数の光抽出機構の間の複数の中間領域と、を含む、請求項64〜70のいずれか一項に記載の指向性バックライト装置。   The first guide surface is configured to guide light by total internal reflection and in a direction that allows the second guide surface to exit through the first guide surface as the output light. A plurality of light extraction mechanisms directed to reflect light directed through the waveguide, and the plurality of lights configured to direct light through the waveguide without extracting light 71. A directional backlight device according to any one of claims 64-70, comprising a plurality of intermediate regions between extraction mechanisms. 前記第2のガイド表面が、前記複数の光抽出機構である複数のファセットと、前記複数の中間領域と、を含む、段付き形状を有する、請求項71に記載の指向性バックライト装置。   72. The directional backlight device according to claim 71, wherein the second guide surface has a stepped shape including a plurality of facets as the plurality of light extraction mechanisms and the plurality of intermediate regions. 前記第1のガイド表面が、内部全反射によって光を導くように構成され、前記第2のガイド表面が、実質的に平面であり、前記第1のガイド表面を通って光を出力するための該内部全反射を変化させる方向に光を反射する角度に傾斜し、前記指向性バックライト装置が、前記空間光変調器に対する法線に向けて光を偏向させるための前記導波路の前記第1のガイド表面にわたって伸長する偏向素子を更に含む、請求項64〜72のいずれか一項に記載の指向性バックライト装置。   The first guide surface is configured to direct light by total internal reflection, and the second guide surface is substantially planar for outputting light through the first guide surface; The first of the waveguides is tilted at an angle to reflect light in a direction to change the total internal reflection, and the directional backlight device deflects the light toward a normal to the spatial light modulator. The directional backlight device according to any one of claims 64 to 72, further comprising a deflecting element extending over the guide surface of the directional backlight device. 前記反射端が、前記導波路にわたる横方向の正の屈折力を有する、請求項64〜73のいずれか一項に記載の指向性バックライト装置。   The directional backlight device according to any one of claims 64 to 73, wherein the reflection end has a positive refractive power in a lateral direction across the waveguide. ディスプレイ装置であって、
請求項64〜74のいずれか一項に記載の指向性バックライトと、
前記第1のガイド表面からの前記出力光を受光し、前記出力光を変調して画像を表示するように構成された透過型空間光変調器と、を含む、ディスプレイ装置。
A display device,
A directional backlight according to any one of claims 64-74,
And a transmissive spatial light modulator configured to receive the output light from the first guide surface and modulate the output light to display an image.
自動立体ディスプレイ装置であって、前記制御システムが、前記ディスプレイデバイスを制御して、一時的に多重化された左右の画像を表示し、かつ該表示された左右の画像を、観察者の左右の目に対応する位置にて複数の光学窓内に配向するのに同期して、前記複数の光源を選択的に操作するように構成される、請求項75に記載のディスプレイ装置。   An autostereoscopic display device, wherein the control system controls the display device to display temporarily multiplexed left and right images, and displays the displayed left and right images on the left and right sides of an observer. The display device of claim 75, wherein the display device is configured to selectively operate the plurality of light sources in synchronism with orientation within the plurality of optical windows at a position corresponding to the eye. 前記制御システムが、前記ディスプレイデバイスにわたって観察者の位置を検出するように構成されたセンサーシステムを更に含み、前記制御システムが、前記複数の光源を選択的に操作して、該観察者の該検出位置に従い、前記表示された左右の画像を、観察者の左右の目に対応する位置にて、複数の光学窓内に配向するように構成される、請求項75又は76に記載の自動立体ディスプレイ装置。   The control system further includes a sensor system configured to detect an observer position across the display device, the control system selectively operating the plurality of light sources to detect the observer. 77. The autostereoscopic display according to claim 75 or 76, configured to orient the displayed left and right images into a plurality of optical windows at positions corresponding to the left and right eyes of an observer according to position. apparatus.
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